[發明專利]慢應變速率拉伸應力腐蝕裂紋擴展速率測量方法

有效

• 申請號: 201410012971.8
• 申請日: 2014-01-11
• 公開（公告）號: CN103698188A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 薛河;杜云鵬;龔曉燕
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N3/08
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本發明屬于斷裂力學技術領域，尤其是涉及一種慢應變速率拉伸應力腐蝕裂紋擴展速率測量方法。

背景技術

裂紋萌生、擴展和斷裂是影響重要機械結構壽命和安全服役的重要因素之一，涉及到航空、航天、交通運輸、化工、機械、材料、能源等多個工程領域。實驗測試結構材料裂紋擴展特性是本項研究的重要手段之一；

為了提高核電設備的耐腐蝕性，輕水核反應堆的結構材料大量選用奧氏體不銹鋼和鎳基合金。實踐和研究表明，奧氏體不銹鋼和鎳基合金材料在高溫高壓水環境中會產生以應力腐蝕開裂(SCC)為代表的環境致裂(EAC)。為了保證核電設備的安全運行，實驗測定核電結構材料在高溫水環境中環境致裂裂紋擴展速率是該領域的一項重要工作；

緊湊拉伸(CT)試樣是斷裂力學的標準試樣之一，也是高溫高壓水環境環境中測定核電結構材料環境致裂裂紋擴展速率的最常用試樣，該實驗是將一個CT試樣放置在一個具有模擬核壓力容器高溫高壓水環境的高壓釜中，并施加一定的載荷，實時動態觀測該材料環境致裂裂紋擴展速率，整個實驗過程可持續數個月或數年之久，耗時、耗資均較大；

為了全面評價材料的性質與行為，除須知道裂紋的起始長度外，精確測定在緩慢或穩定增長的動過程中裂紋長度是十分必要的。通常，在實驗室中用顯微鏡跟蹤或照相的光學方法確定裂紋增長，有它的局限性，這就是記錄到的裂紋很可能不代表試件內部的實際情形，因為它是在自由表面上觀察到的。另一方面，在高溫高壓水環境中核電結構材料環境致裂實驗中，試樣置于高壓釜中，并不外露，用光學儀器做觀察則是不可能的，而且，材料的環境致裂裂紋擴展速率試驗要持續較長的時間，直接觀察與記錄也是不現實的；

電位差法，包括交流電位差法（ACPD）和直流電位差法(DCPD)，是目前實時動態觀測核電結構材料環境致裂裂紋擴展速率的最主要方法。其基本原理是一定值的電流通過含裂紋試樣時，裂紋長度不同會造成電位分布的不同，通過微伏計的測量與換算，可以得到裂紋的擴展狀況。但由于該方法是利用裂紋周圍電位的微小變化來測定裂紋的擴展情況，影響因素較多，任何干擾都可能造成監測結果的誤差；

慢應變速率拉伸（SSRT）為評價材料在特定介質中的應力腐蝕敏感性而設計的拉伸速率小于某一臨界值的拉伸試驗方法。它是以一個恒定不變的或相當緩慢的應變速率對置于腐蝕環境的試樣施加應力，目的是為了得到試樣的在特定環境下的應力腐蝕敏感性，它可作為高溫高壓水環境中測定核電結構材料環境致裂裂紋擴展速率的加速試驗，把自然環境條件下長時間的裂紋擴展過程在較短時間內的實驗環境條件下呈現出來。

綜合分析顯示，高溫水環境下核電結構材料環境致裂的慢應變速率拉伸試驗中實時動態觀測裂紋擴展速率是一項及其重要而艱難的工作，為了有效地提高觀測精度，必須對現有的測試方法進行改進。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種慢應變速率拉伸應力腐蝕裂紋擴展速率測量方法，其方法簡單，實現方便，能夠獲得裂紋的擴展速率dΔa_i/dt_i，且能夠有效地減少環境影響因素帶來的測試數據失真，提高獲取數據的精度。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種慢應變速率拉伸應力腐蝕裂紋擴展速率測量方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟一、緊湊拉伸試樣預處理：根據ASME標準選取一個用于慢應變速率拉伸試驗的標準緊湊拉伸試樣，并采用線切割和預制疲勞裂紋的方法在標準緊湊拉伸試樣上設置用于初期引導裂紋擴展的預裂裂紋，所述預裂裂紋的長度為a；

步驟二、采用慢拉升試驗機進行慢應變速率拉伸試驗，并繪制出加載力P與加載點位移ΔL之間的實驗數據關系曲線圖，其具體過程為：

步驟201、在慢拉升試驗機上設定慢應變速率拉伸試驗的試驗參數，包括加載點位移的變化速度S和試驗總時間T；

步驟202、慢拉升試驗機開始對標準緊湊拉伸試樣進行加載，且在加載過程中，慢拉升試驗機上的力傳感器探頭對加載力P進行實時檢測并將所檢測到的信號實時傳輸給與所述慢拉升試驗機連接的計算機，所述計算機采用Origin軟件，以加載點位移ΔL為橫坐標，加載力P為縱坐標，繪制出加載力P與加載點位移ΔL之間的實驗數據關系曲線圖并顯示；同時，測量記錄裂紋實時的擴展長度A；其中，ΔL=St且ΔL≦L，t為試驗時間且t≦T，L為在試驗總時間T內加載點位移總變化長度；