利用光杠杆法测量金属丝的弹性滞后环.PDF

维普资讯 第26卷第3期 大 学 物 理 Vo1．26 NO．3 2007年3月 C0LLEGE PHYSICS Mar．2007 利用光杠杆法测量金属丝的弹性滞后环 张 蓓 ，宋西平 (1．北京科技大学 应用科学学院物理系，北京 100083； 2．北京科技大学 新金属材料国家重点实验室，北京 100083) 摘要：利用大学物理实验中的光杠杆法测定金属丝弹性模量的原理和设备，对具有超弹性的NiTi丝的弹性滞后环进行 了测定．结果表明，此种方法可以很好地测定NiTi丝的弹性滞后环，而且操作简单使用方便，是一种非常有效的测定金属细丝 弹性滞后环的方法． 关键词：光杠杆；NiTi丝；弹性滞后环 中图分类号：o 4—33 文献标识码：A 文章编号：1000—0712(2007)03—0038．03 弹性滞后环是材料的一个重要的弹性性质，指 1 测试设备 在弹性变形范围内，由于骤然加载和卸载时应变落 后于应力，二者不同步，使得加载线和卸载线不重 测试设备选用拉伸法测量金属丝杨氏模量的立 合，而形成的一个封闭的滞后回线 ．通常的金属材 杆式悬挂砝码型设备．由于发生超弹性变形时伸长量 料由于应变落后于应力不明显，所以基本上不显现 较大，超出了原设备的测量范围，加之矫牙用的NiTi 弹性滞后环，但对于具有超弹性的金属材料，如Ni— 丝通常较短，只有10 cm左右，因此本实验专门设计 Ti合金，则具有非常显著的弹性滞后现象 ’ ：当变 了一套夹持短丝的夹具，并将其固定在原设备的支杆 形温度在NiTi合金的奥氏体相区时，加载可促发合 上．在进行弹性滞后环测量以前，首先对这套短丝的 金逐渐产生形变，类似于冷蠕变，而去除外载时，已 测量系统进行了精确度评定：选一根80 cm长的钢 产生的形变得以逐渐恢复，从而形成弹性滞后环．这 丝，先用原来的测量系统测定其伸长量与载荷的对应 种超弹性行为也被称为伪弹性行为，以区别于正常 关系，然后截下10 cm来用新的测量系统测定其伸长 量与载荷的对应关系．对比实验结果见表l(换算成杨 的线性弹性行为．NiTi合金的这种超弹性行为目前 氏模量值的对比)．由表1可以看出，用正常长度的钢 已被应用于医疗上的牙齿正畸，利用NiTi丝恢复时 丝所测量的杨氏模量平均值为188．3 GPa，数据波动 所产生的恢复力牵动牙齿移动，以达到矫正的目的． 13 GPa，而用超短钢丝所测量的杨氏模量平均值为 弹性滞后环的大小已成为评定 NiTi丝医用性能优 189．6 GPa，数据波动10 GPa，平均值正好在物理实验 劣的一个重要指标． 课程所给出的实验值范围(1．8×10“Pa～2．0×10“ 对金属的弹性滞后环的测定通常采用材料万能 Pa)以内 ，说明采用短丝夹持夹具后可用短丝代替 实验机，试样要求为棒形或板形．对于丝材来说，由 长丝进行伸长量的测定． 于测量拉伸应变的引伸仪不容易固定在丝材上，致 使测量难度增大，准确度降低．在大学物理实验这