[发明专利]慢应变速率拉伸应力腐蚀裂纹扩展速率测量方法

说明书

技术领域

本发明属于断裂力学技术领域，尤其是涉及一种慢应变速率拉伸应力腐蚀裂纹扩展速率测量方法。

背景技术

裂纹萌生、扩展和断裂是影响重要机械结构寿命和安全服役的重要因素之一，涉及到航空、航天、交通运输、化工、机械、材料、能源等多个工程领域。实验测试结构材料裂纹扩展特性是本项研究的重要手段之一；

为了提高核电设备的耐腐蚀性，轻水核反应堆的结构材料大量选用奥氏体不锈钢和镍基合金。实践和研究表明，奥氏体不锈钢和镍基合金材料在高温高压水环境中会产生以应力腐蚀开裂(SCC)为代表的环境致裂(EAC)。为了保证核电设备的安全运行，实验测定核电结构材料在高温水环境中环境致裂裂纹扩展速率是该领域的一项重要工作；

紧凑拉伸(CT)试样是断裂力学的标准试样之一，也是高温高压水环境环境中测定核电结构材料环境致裂裂纹扩展速率的最常用试样，该实验是将一个CT试样放置在一个具有模拟核压力容器高温高压水环境的高压釜中，并施加一定的载荷，实时动态观测该材料环境致裂裂纹扩展速率，整个实验过程可持续数个月或数年之久，耗时、耗资均较大；

为了全面评价材料的性质与行为，除须知道裂纹的起始长度外，精确测定在缓慢或稳定增长的动过程中裂纹长度是十分必要的。通常，在实验室中用显微镜跟踪或照相的光学方法确定裂纹增长，有它的局限性，这就是记录到的裂纹很可能不代表试件内部的实际情形，因为它是在自由表面上观察到的。另一方面，在高温高压水环境中核电结构材料环境致裂实验中，试样置于高压釜中，并不外露，用光学仪器做观察则是不可能的，而且，材料的环境致裂裂纹扩展速率试验要持续较长的时间，直接观察与记录也是不现实的；

电位差法，包括交流电位差法（ACPD）和直流电位差法(DCPD)，是目前实时动态观测核电结构材料环境致裂裂纹扩展速率的最主要方法。其基本原理是一定值的电流通过含裂纹试样时，裂纹长度不同会造成电位分布的不同，通过微伏计的测量与换算，可以得到裂纹的扩展状况。但由于该方法是利用裂纹周围电位的微小变化来测定裂纹的扩展情况，影响因素较多，任何干扰都可能造成监测结果的误差；

慢应变速率拉伸（SSRT）为评价材料在特定介质中的应力腐蚀敏感性而设计的拉伸速率小于某一临界值的拉伸试验方法。它是以一个恒定不变的或相当缓慢的应变速率对置于腐蚀环境的试样施加应力，目的是为了得到试样的在特定环境下的应力腐蚀敏感性，它可作为高温高压水环境中测定核电结构材料环境致裂裂纹扩展速率的加速试验，把自然环境条件下长时间的裂纹扩展过程在较短时间内的实验环境条件下呈现出来。

综合分析显示，高温水环境下核电结构材料环境致裂的慢应变速率拉伸试验中实时动态观测裂纹扩展速率是一项及其重要而艰难的工作，为了有效地提高观测精度，必须对现有的测试方法进行改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种慢应变速率拉伸应力腐蚀裂纹扩展速率测量方法，其方法简单，实现方便，能够获得裂纹的扩展速率dΔa_i/dt_i，且能够有效地减少环境影响因素带来的测试数据失真，提高获取数据的精度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种慢应变速率拉伸应力腐蚀裂纹扩展速率测量方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、紧凑拉伸试样预处理：根据ASME标准选取一个用于慢应变速率拉伸试验的标准紧凑拉伸试样，并采用线切割和预制疲劳裂纹的方法在标准紧凑拉伸试样上设置用于初期引导裂纹扩展的预裂裂纹，所述预裂裂纹的长度为a；

步骤二、采用慢拉升试验机进行慢应变速率拉伸试验，并绘制出加载力P与加载点位移ΔL之间的实验数据关系曲线图，其具体过程为：

步骤201、在慢拉升试验机上设定慢应变速率拉伸试验的试验参数，包括加载点位移的变化速度S和试验总时间T；

步骤202、慢拉升试验机开始对标准紧凑拉伸试样进行加载，且在加载过程中，慢拉升试验机上的力传感器探头对加载力P进行实时检测并将所检测到的信号实时传输给与所述慢拉升试验机连接的计算机，所述计算机采用Origin软件，以加载点位移ΔL为横坐标，加载力P为纵坐标，绘制出加载力P与加载点位移ΔL之间的实验数据关系曲线图并显示；同时，测量记录裂纹实时的扩展长度A；其中，ΔL=St且ΔL≦L，t为试验时间且t≦T，L为在试验总时间T内加载点位移总变化长度；