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材料在低温下常常表现出“奇异”的力学行为。获得材料在低温区各温度点的力学性能数据才能认识材料随温度变化的力学行为，进而更深入地揭示材料力学行为中的规律。精确测量材料在低温环境中的力学性能，对材料、力学和物理等基础研究和高精技术应用发展具有重要的意义。要进行低温下的材料力学行为研究，材料低温力学性能测试系统是必不可少的重要装备之一。如2014年9月，Science 杂志报道了 CrMnFeCoNi 高熵合金优异的低温力学性能（A fracture-resistant high-entropy alloy for cryogenic applications，Science 2014: Vol. 345 no. 6201 pp. 1153-1158 DOI: 10.1126/science.1254581），此项成果的取得，离不开美国劳伦斯-伯克利国家实验室低温力学性能测试装备的支持。
经过工程师多年的研制和积累，开发出低温综合力学测试系统，此系统能进行材料低温环境（4.2K—300K（-269℃—室温）温区内任意温度）的力学性能测试，包括：拉伸、压缩、弯曲、剪切、扭转、断裂韧度等静态力学性能；疲劳裂纹扩展速率；拉拉疲劳、拉压疲劳、压压疲劳、扭转疲劳、拉（压）扭复合疲劳等疲劳性能测试。同时，还包括超导材料（低温超导线材、高温超导带材）加载电流时的力学性能、电学性能测试；非标试样和零部件的低温力学性能测试。
基本系统
材料低温力学性能测试系统主要包括：定制材料力学试验机、低温力学结构系统、专用低温力学夹具、低温恒温器、低温控温器、测控仪表和数据采集处理系统等。
低温力学夹具
根据低温力学性能测试需求和低温力学性能测试相关国标和美标，开发出针对不同测试项目和测试试样的专用夹具。如，低温拉伸夹具、低温压缩夹具、低温三点弯曲夹具、低温疲劳裂纹扩展速率夹具、超导线材/带材夹具等。
温度控制
该系统一种降温方式是采用低温液体（液氮、液氦）降温，另一种降温方式是采用低温制冷机直接降温（不消耗液氮和液氦）。两种方式可都可实现：4.2K-300K（-269℃—室温）连续控温；温度稳定性：±1K（±1℃）.
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设备名称 |
主要参数 |
测试内容 |
电液伺服
低温万能试验机系统 |
轴向载荷：10kN-10000 kN
扭 矩：1000 N•m
频率范围：0.01-30Hz |
拉、压、弯、剪、扭、断裂韧性等静态力学性能；
疲劳裂纹扩展速率；
拉拉、拉压、压压、扭、拉（压）扭复合疲劳等疲劳性能。 |
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电子低温万能试验机 |
轴向载荷：5 N-600 kN |
拉、压、弯、剪、断裂韧性等静态力学性能。 |
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LNCM 300/473 |
LHCM 300/473 |
CCCM 50/10/4 |
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温度范围 |
77K-RT（-196℃—室温）
77K-473K（-196℃—200℃） |
4.2k-RT（-269℃—室温）
4.2k-473K（-269℃—200℃） |
50 K -RT（-223℃—室温）
10 K -RT（-263℃—室温）
4.2 K -RT（-269℃—室温） |
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控温方式 |
液氮冷却 |
液氦冷却 |
制冷机冷却 |
应用实例
中国科学院理化技术研究所低温材料及应用超导研究中心正在运行的低温力学性能测试平台均为本系统方案，此平台是我国目前最为完善的材料低温力学性能测试研究平台。现有低温力学性能测试系统包括多台不同容量的静态试验机（最大载荷为2000kN、300kN、100kN、20 kN和5kN各一台）、三台疲劳试验机（一台为拉扭复合，其余两台为拉压疲劳试验机；轴向最大载荷均为100 kN，最大扭矩为1000 N•m）、两台简支梁冲击试验机（最大冲击能分别为300/150J和25/7.5J）。
多年以来，中国科学院理化技术研究所材料低温力学性能测试平台一直为我国航天航空部门、大科学工程、国内外高校和科研院所提供低温力学测试服务，获得广泛好评。
此低温力学性能测试平台承担了我国ITER采购包中重力支撑、绝缘材料、导体铠甲及线圈盒等结构材料低温力学性能表征任务。此平台测试的ITER大型超导磁体超导导体铠甲材料低温力学性能数据均通过与ITER 计划低温力学测试仲裁机构-德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）测试比对。获得了ITER 国际组织低温力学测试平台的资质认证。我国ITER采购包中所有结构材料低温力学性能表征均在此低温力学性能测试平台完成。
