[發明專利]一種液態金屬條件下的材料脆化試驗裝置和方法

有效

• 申請號: 201210089601.5
• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN102620990A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 劉靜;高勝;朱志強;姜志忠
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉

技術領域

本發明涉及一種液態金屬條件下的材料脆化試驗裝置和方法，適用于開展結構材料在液態金屬中的脆斷敏感性試驗研究。

背景技術

在液態金屬環境中，結構材料受到液態金屬(如鋰鉛或鉛鉍合金等)的腐蝕和熱應力的同時作用，會導致結構材料的韌性丟失，引起結構材料的脆性斷裂，從而引起重大安全事故。該研究在眾多工業領域(例如核反應堆領域)有廣泛應用。

開展結構材料在液態金屬中的脆斷敏感性試驗的裝置能接近真實情況地模擬結構材料在液態金屬中的工況，獲得的試驗數據可以開展液態金屬的腐蝕機理研究，并為工業用備選材料選取提供指導。

目前，國內還沒有開展結構材料在液態金屬中脆斷效應試驗裝置和方法的研究。國際上僅有少數國家在該方面進行了研究，法國科學研究中心采用沖壓方式對試驗試樣施加一定的力，該裝置對試樣有特殊要求，并且該裝置還存在難以開展試樣裂紋擴展情況的試驗研究和試樣的安裝和取樣過程較為繁瑣等缺點；另外，比利時的LIMETS系列裝置主要用于輻照后拉伸試樣在液態鉛鉍或鋰鉛中的脆斷敏感性試驗研究，該裝置結構設計復雜，成本昂貴，試驗操作困難。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服現有裝置結構復雜、功能單一等缺陷，提供一種液態金屬條件下的材料脆化試驗裝置和方法，具有拉伸試樣拆裝方便、裝置可靠性強、安全性高、功能齊全等優點，可研究拉伸試樣在液態金屬和應力同時作用下的脆斷敏感性及應力腐蝕等試驗研究。

本發明的技術解決方案：一種液態金屬條件下的材料脆化試驗裝置，包括：測試罐1、熔融罐2、拉伸機3、底座10、氣體系統13和管道15，具體結構描述如下：

所述測試罐1包括圓形密封蓋12和圓柱形側壁11，圓形密封蓋12位于圓柱形側壁11上方，圓柱形側壁11固定在底座10上方；測試罐1和熔融罐2之間由管道15連接，管道15中間有一個液態金屬閥門16；

拉桿連接套5連接于拉伸機3下方；拉伸主軸6連接于拉桿連接套5下方；試樣夾具7連接于拉伸主軸6下方，并位于測試罐1內部，拉伸試樣4位于試樣夾具7之間，試樣夾具7用于固定拉伸試樣4，使拉伸試樣4與拉伸主軸6處于同一軸線上；支撐底板9連接于試樣夾具7的下方，并與支撐導柱8下端連接，支撐導柱8上端與圓形密封蓋12連接，并位于測試罐1內部；拉伸機3以恒定的拉伸速率向上移動時，依次通過拉桿連接套5、拉伸主軸6和試樣夾具7為拉伸試樣4提供一個恒定的拉伸速率；波紋管14位于圓形密封蓋12之上，套在拉伸主軸6的外圍，以實現圓形密封蓋12和拉伸主軸6之間的動密封。

氣體系統13的兩個氣路分別與測試罐1和熔融罐2相連接，氣體系統13提供的惰性氣氛或還原性氣氛對測試罐1和熔融罐2內的液態金屬進行保護，減少其在高溫下的氧化，同時用于液態金屬在測試罐1和熔融罐2之間的轉移，且能抑制測試罐1和熔融罐2內液態金屬的揮發。

所述拉伸試樣4位于由圓形密封蓋12、支撐導柱8和支撐底板9構成的半封閉獨立樣品室內。

所述拉桿連接套5下端中間設計為空心槽。

一種液態金屬條件下的材料脆化試驗方法，按照上述的試驗裝置結構的連接，同時將拉伸試樣4固定在試樣夾具7上之后，通過氣體系統13將熔融罐2內提前熔融的液態金屬壓入測試罐內1，待測試罐1中液態金屬的液位升至拉伸試樣9上端一段距離后，啟動拉伸機3，選擇應變速率低于10^-3s^-1的慢應變速率進行試驗，拉伸機3向上移動時，依次通過拉桿連接套5、拉伸主軸6和試樣夾具7給拉伸試樣4提供一個恒定的拉伸速率，直到拉伸試樣4斷裂；試驗結束后，再通過氣體系統13將測試罐1內的液態金屬壓回熔融罐2內。

本發明與現有技術相比的優點在于：

(1)本發明裝置中，拉伸試樣位于由圓形密封蓋、支撐導柱和支撐底板構成的半封閉獨立樣品室內，試驗前或試驗后，可以通過提升半封閉獨立樣品室將拉伸試樣升至測試罐上方，方便了拉伸試樣的安裝與拆卸；

(2)本發明拉伸試樣位于半封閉獨立樣品室內，試驗后，拉伸試樣是否被拉斷，均可通過提升半封閉獨立樣品室取出拉伸試樣，保證了裝置運行的可靠性；

(3)本發明拉桿連接套下端中間空心槽的設計，可以使拉伸機空載移動一段距離，對裝置起到保護作用，提高了裝置運行安全性；

(4)本發明可以開展結構材料在高溫液態金屬及高溫氣體環境中的對比拉伸試驗，獲得結構材料在上述環境中的裂紋擴展速率、斷裂特性等對比試驗結果，功能齊全。

附圖說明