專利名稱：基于小沖桿測(cè)試技術(shù)的應(yīng)力腐蝕敏感性評(píng)估裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種應(yīng)カ腐蝕敏感性評(píng)估裝置，尤其是一種基于小沖桿測(cè)試技術(shù)的應(yīng)カ腐蝕敏感性評(píng)估裝置。
背景技術(shù)：
化工和核電行業(yè)中存在著大量長(zhǎng)期服役的不銹鋼構(gòu)件，在高溫、高壓和輻射等苛刻的環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，不銹鋼部件難免會(huì)出現(xiàn)各種各樣的失效，其中應(yīng)カ腐蝕開(kāi)裂占有較大比例。因此如何正確快速評(píng)價(jià)在役部件的抗應(yīng)カ腐蝕開(kāi)裂性能成為普遍關(guān)注的主題。 因?yàn)橐ＷC服役部件可以在不必停車(chē)的前提下進(jìn)行取樣檢測(cè)，這就需要一種全新的測(cè)試技術(shù)來(lái)對(duì)微小試樣快速進(jìn)行抗應(yīng)カ腐蝕開(kāi)裂(Stress Corrosion Cracking,以下簡(jiǎn)稱SCOl^能評(píng)估。小沖桿測(cè)試技術(shù)(Small Punch Test (SPT) Technique)是八十年代初期逐漸發(fā)展起來(lái)的一種新的既有效又經(jīng)濟(jì)的安全檢測(cè)方法，ー種既具有“無(wú)損取樣”性又具有準(zhǔn)確可靠性的新型試驗(yàn)方法。SPT利用沖桿以一定速度沖壓試樣薄片，記錄試片從變形到失效整個(gè)過(guò)程中的載荷 位移(變形撓度)數(shù)據(jù)，并借此分析得出材料各種性能參數(shù)。現(xiàn)今該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)材料的常規(guī)力學(xué)性能和蠕變性能等。但是用于評(píng)價(jià)材料的抗應(yīng)カ腐蝕性能尚屬少見(jiàn)。經(jīng)過(guò)我們大量實(shí)驗(yàn)證明，配合特殊的取樣裝置，完全可以做到在不停車(chē)停產(chǎn)的前提下對(duì)其抗應(yīng)カ腐蝕性能進(jìn)行評(píng)估。從上個(gè)世紀(jì)開(kāi)展應(yīng)カ腐蝕開(kāi)裂研究以來(lái)，出現(xiàn)了型式繁多的試樣型式和相應(yīng)的試驗(yàn)機(jī)，以及標(biāo)準(zhǔn)的各類試驗(yàn)方法。不同的試樣各有不同的試驗(yàn)?zāi)康模械膬H僅為了測(cè)試應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的敏感性；有的則要求測(cè)得應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率da/dt ;有的還要求測(cè)得應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的臨界應(yīng)力σ。，而有的則要求測(cè)出應(yīng)力腐蝕的應(yīng)力強(qiáng)度因子起始值Kiscc (也是臨界值)?，F(xiàn)有的應(yīng)カ腐蝕開(kāi)裂的試驗(yàn)方法大體有以下幾類(I)恒位移下的應(yīng)カ腐蝕開(kāi)裂試驗(yàn)加工好的試樣先使其獲得一定量的預(yù)變形(位移)，然后將該應(yīng)變量(位移量)用卡夾具固定住，放入腐蝕環(huán)境中任其發(fā)生開(kāi)裂和擴(kuò)展，在試驗(yàn)的全過(guò)程中試樣的變形(位移)始終被固定。這種應(yīng)カ發(fā)生的試驗(yàn)方法可以不需要任何試驗(yàn)機(jī)，不但可在實(shí)驗(yàn)室使用，也可以在現(xiàn)場(chǎng)做掛片試驗(yàn)，并且雙方方便。這類恒位移應(yīng)カ腐蝕開(kāi)裂試驗(yàn)的試樣型式很多，例如C形環(huán)、U形、三點(diǎn)彎曲、四點(diǎn)彎曲(純彎曲)、應(yīng)カ環(huán)等試樣，試樣現(xiàn)狀如圖I所示。(2)W0L試樣這是由斷裂力學(xué)的緊湊拉伸試樣(CT試樣)演變過(guò)來(lái)用于在腐蝕環(huán)境中測(cè)驗(yàn)應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率da/dt和應(yīng)カ腐蝕開(kāi)裂臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子Kiscc值的試樣?？蓞⒁?jiàn)圖2。(3)恒載荷下的應(yīng)カ腐蝕開(kāi)裂試驗(yàn)將拉伸試樣懸掛在用破碼加載的拉伸試驗(yàn)機(jī)上，而拉伸試樣必須浸沒(méi)在密封的腐蝕介質(zhì)環(huán)境箱中?；蛘卟捎脩冶哿涸嚇樱`頭水平夾持在固定機(jī)架的夾頭上，試樣的被試部分被浸沒(méi)在密封的腐蝕介質(zhì)環(huán)境箱中，而懸臂的另ー端則再懸掛著砝碼加載。一般在這種懸臂梁試樣的中央開(kāi)有缺ロ。如圖3a、3b。(4)恒應(yīng)變速率慢拉伸試驗(yàn)法該法用特制的圓棒形拉伸試樣或板形試樣，兩端夾持在特制的拉伸試驗(yàn)機(jī)上，試樣外套上腐蝕介質(zhì)的環(huán)境箱，加載時(shí)保持恒定而緩慢的應(yīng)變速率。如果被試材料對(duì)此介質(zhì)有應(yīng)力腐蝕傾向，則會(huì)在持續(xù)不斷的塑性應(yīng)變變形過(guò)程中萌生應(yīng)カ腐蝕裂紋，并不斷擴(kuò)展，最好促使試樣發(fā)生斷裂。這種試驗(yàn)方法的特點(diǎn)主要是人為施加給試樣連續(xù)的緩慢的塑性應(yīng)變，并保持這個(gè)應(yīng)變速率為恒定的。如果發(fā)生了應(yīng)カ腐蝕開(kāi)裂，最終試樣的斷ロ為宏觀的脆性斷ロ，如果沒(méi)有發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，則最終是在塑性應(yīng)變相當(dāng)大之后形成有明顯頸縮的塑性斷ロ。這種試驗(yàn)亦被簡(jiǎn)稱為“慢拉伸”試驗(yàn)，并被認(rèn)為是一種可靠的應(yīng)カ腐蝕開(kāi)裂快速試驗(yàn)法，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，對(duì)應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)具有較高的靈敏度，特別適合于實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行材料的快速篩選?，F(xiàn)已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法。參見(jiàn)圖
發(fā)明內(nèi)容

為克服在役設(shè)備在不停產(chǎn)的前提下快速評(píng)估其抗SCC性能的難題，本發(fā)明提供了ー種基于小沖桿測(cè)試方法的快速評(píng)估材料SCC敏感性的裝置，具體的技術(shù)方案如下一種基于小沖桿測(cè)試技術(shù)的應(yīng)カ腐蝕敏感性評(píng)估裝置，包括一筒體，一設(shè)置于筒體內(nèi)、用以?shī)A持待測(cè)試樣的夾具，及置于試樣之上的施壓裝置，夾具內(nèi)部存在一腔體，該夾具內(nèi)部腔體一端同筒體內(nèi)腔連通，一端連通至待測(cè)試樣。進(jìn)ー步，所述夾具包括分別設(shè)置于待測(cè)試樣上方的上夾具和待測(cè)試樣下方的下夾具，所述夾具內(nèi)部腔體設(shè)置于下夾具內(nèi)。進(jìn)ー步，所述下夾具體內(nèi)腔體包括一貫穿下夾具的橫通孔，及同該橫通孔連通穿出下夾具上表面的垂直孔。進(jìn)ー步，所述垂直孔其出ロ處為倒圓角設(shè)計(jì)，所述橫通孔直徑為8 12mm，垂直孔為4_并倒有R=I或O. 5mm的圓角，這個(gè)其實(shí)越大越好，就是為了讓溶液與試樣接觸，該橫通孔設(shè)計(jì)用以使腐蝕溶液可一直充滿在待測(cè)試樣測(cè)試表面周?chē)?，同待測(cè)試樣充分接觸。進(jìn)ー步，所述施壓裝置穿過(guò)所述夾具同待測(cè)試樣接觸，所述施壓裝置包括ー載荷壓頭及其延伸、以便向待測(cè)試樣施壓的壓桿，所述壓桿同待測(cè)試樣間設(shè)有ー鋼珠，其直徑同壓桿相適應(yīng)。鋼珠和壓桿直徑均為2. 5mm并且其硬度值不得低于HRC55，材料選擇時(shí)應(yīng)考慮具有較好的耐腐蝕性能。進(jìn)ー步，所述裝置設(shè)有ー頂蓋，該頂蓋上開(kāi)有通入載荷壓頭的通孔及有接入溫度計(jì)和冷凝管的孔位，并在裝置外部設(shè)有ー加熱控裝置以控制內(nèi)部筒體內(nèi)溫度。進(jìn)ー步，所述待測(cè)試樣尺寸為直徑IOmm,厚度O. 5±0. Olmm的小圓片。本發(fā)明的有益效果在干本裝置利用了小沖桿測(cè)試技術(shù)原理開(kāi)發(fā)了一種應(yīng)用于評(píng)估SCC性能的裝置，該裝置通過(guò)在筒體內(nèi)設(shè)置ー含有同筒體內(nèi)腔及待測(cè)試樣連通的小沖桿夾具，并輔以施壓裝置，實(shí)現(xiàn)了 SCC性能的快速檢測(cè)，且由于其所需試樣較小，解決了在役部件不停產(chǎn)同時(shí)進(jìn)行測(cè)試的難題。具體而言，本發(fā)明設(shè)計(jì)了ー種合理的裝置和技術(shù)方案，配合特定的取樣裝置可以對(duì)在役設(shè)備進(jìn)行近乎無(wú)損的、快速的抗應(yīng)カ腐蝕性能評(píng)估。可以有效地解決微小試樣和單面處理試樣的應(yīng)カ腐蝕敏感性評(píng)估難的問(wèn)題。且，技術(shù)方案經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，試驗(yàn)周期短(幾小時(shí)至十?dāng)?shù)小時(shí)不等)，比慢拉伸方法更快速可靠。裝置簡(jiǎn)單，易于制造加工，存放、安裝方便，操作便利，可控性好。


圖I是恒位移應(yīng)カ腐蝕開(kāi)裂試驗(yàn)試樣示意圖，圖Ia為C型環(huán)試樣，圖Ib為U型環(huán)試樣，圖Ic為應(yīng)カ環(huán)試樣，圖Id為三點(diǎn)彎曲試樣，圖Ie為四點(diǎn)彎曲試樣。圖2是WOL試樣示意圖。圖3a是圓棒拉伸應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂試樣示意圖。圖3b是矩形截面懸臂梁應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂試驗(yàn)示意圖。圖4是恒應(yīng)變速率慢拉伸試樣示意圖。圖5是小沖桿法應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)裝置總裝配圖。 圖6是圖5中小沖桿夾具裝配放大圖。圖7是小沖桿試樣示意圖。圖8是小沖桿上夾具剖面圖。圖9是小沖桿下夾具剖面和俯視圖。圖10是頂蓋俯視圖和A-A首I]面不意圖。圖11是應(yīng)用本發(fā)明裝置所獲取的小沖桿載荷位移曲線。附圖符號(hào)說(shuō)明圖2中，I為缺ロ張開(kāi)位移測(cè)量處。圖3a/圖3b中01為環(huán)境箱，02為懸臂梁試/拉伸試樣，03為破碼。圖4中，01為環(huán)境箱，02為拉伸試樣，04為拉伸試驗(yàn)機(jī)上夾頭，05為拉伸試驗(yàn)機(jī)下夾頭。圖5中，I為荷載壓頭，2為測(cè)溫孔，3為冷凝孔，4為頂蓋，5為壓桿，6為上夾具，7為加熱控溫裝置，8為鋼珠,9為待測(cè)試樣，10為下夾具，11為筒體，12為底座凸臺(tái)，13為垂直孔，14為橫通孔。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)該以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。請(qǐng)參閱圖5 圖6,為本實(shí)施例原理示意圖，該評(píng)估裝置,包括一筒體11, ー頂蓋4,一設(shè)置于筒體內(nèi)、用以?shī)A持待測(cè)試樣9的夾具，具體包括上夾具6和下夾具10，及置于待測(cè)試樣9之上的施壓裝置。該待測(cè)試樣9被夾持于上夾具6和下夾具10之間。該施壓裝置包括穿過(guò)頂蓋4的載荷壓頭I和延伸的壓桿5，壓桿5和待測(cè)試樣9之間設(shè)置ー鋼珠8。夾具內(nèi)部存在一腔體，本實(shí)施例中，該腔體設(shè)置于下夾具10內(nèi)部，由貫穿下夾具10的橫通孔14和穿出下夾具10上表面的垂直孔13組成，該橫通孔14兩端出ロ同筒體11內(nèi)腔連通，垂直孔13出ロ連通至待測(cè)試樣9，以便腐蝕溶液能夠一直充滿在試樣測(cè)試表面周?chē)?。該垂直?3出口處還使用了倒角設(shè)計(jì)，以便于獲得獲得穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果、優(yōu)化試樣的受カ狀態(tài)。所述裝置頂蓋4上開(kāi)有通入載荷壓頭I的通孔及有接入溫度計(jì)孔位2和冷凝管的孔位3，并可在裝置外部設(shè)有ー加熱控裝置7以控制內(nèi)部筒體內(nèi)溫度。本實(shí)施例中，夾具通過(guò)ー固定于筒體11底部的底座突臺(tái)12進(jìn)行嵌入固定。
請(qǐng)參閱圖7 圖10，為本實(shí)施例試樣9、夾具及頂蓋4的所采用具體尺寸結(jié)構(gòu)最優(yōu)例示意圖，待測(cè)試樣9選取直徑10mm，厚度O. 5±0. Olmm的小圓片，鋼珠和壓桿直徑均為
2.5mm并且其硬度值不得低于HRC55，下夾具10的橫通孔設(shè)計(jì)為直徑10mm，中心垂直孔14選取4_并倒有半徑為Imm的的圓角，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，半徑為O. 5mm的圓角也能達(dá)到同等良好的
エ藝效果。本發(fā)明的小沖桿法應(yīng)カ腐蝕試驗(yàn)裝置可以安裝到現(xiàn)有的萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(即拉伸試驗(yàn)機(jī))上實(shí)現(xiàn)加載。具體實(shí)施時(shí)，先將筒體11固定在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)下夾頭上。進(jìn)ー步組裝小沖桿模具，先將試樣9安放在下夾具10的底座凸臺(tái)12上，然后蓋上上夾具6并用螺栓固接，之后從上夾具的中心通孔依次放入鋼珠8和壓桿5。進(jìn)ー步將組裝好的小沖桿模具安放在已經(jīng)固定好的筒體的底座凸臺(tái)12上。進(jìn)ー步注入腐蝕介質(zhì),介質(zhì)高度應(yīng)高于小沖桿下夾具10以保證試樣在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中始終浸沒(méi)在環(huán)境介質(zhì)中。進(jìn)ー步將頂蓋4與筒體11以螺栓固接。進(jìn) 一步將載荷壓頭I安裝在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上夾具上并以間隙配合方式通過(guò)頂蓋中心孔向小沖桿壓桿靠近。若腐蝕液有溫度要求，還可在筒體11外部套上連有加熱控溫裝置7，同時(shí)頂蓋上可根據(jù)需要開(kāi)有測(cè)溫孔2，將溫度計(jì)嵌入木塞后者纏綁密封帶后再塞入孔進(jìn)行測(cè)溫防止溶液在測(cè)溫孔大量揮發(fā)。冷凝管包纏聚四氟こ烯膠帶后塞入冷凝孔3進(jìn)行冷凝回流以保證筒體內(nèi)溶液濃度維持恒定。如溶液無(wú)溫度要求并且沒(méi)有揮發(fā)性則可以不安裝頂蓋和加熱溫控裝置等。加載過(guò)程通過(guò)萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)夾持載荷壓頭向下沖壓實(shí)現(xiàn)，對(duì)于小沖桿法應(yīng)カ腐蝕敏感性評(píng)估而言其載荷壓頭的下降速率應(yīng)控制在10_2 10_5mm/min，這比傳統(tǒng)的慢拉伸法具有更快的試驗(yàn)速度。請(qǐng)參閱圖11，為使用本發(fā)明裝置及前述實(shí)驗(yàn)方法前提下獲取的小沖桿載荷位移曲線，具體實(shí)驗(yàn)條件為待測(cè)試樣304L不銹鋼在空氣和lmol/L NaCl+0. 5mol/L HCl溶液中分別進(jìn)行常規(guī)力學(xué)性能測(cè)試和SCC敏感性測(cè)試，速率3X 10_3mm/min，試驗(yàn)溫度均為室溫?？梢郧宄匕l(fā)現(xiàn)，該裝置和技術(shù)方案可以有效、快速地對(duì)材料的抗SCC性能進(jìn)行評(píng)估，并且具有良好的數(shù)據(jù)重復(fù)性。綜上所述僅為發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用來(lái)限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。即凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應(yīng)為本發(fā)明的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求
1.一種基于小沖桿測(cè)試技術(shù)的應(yīng)カ腐蝕敏感性評(píng)估裝置，包括一筒體，一設(shè)置于筒體內(nèi)、用以?shī)A持待測(cè)試樣的夾具，及置于待測(cè)試樣之上的施壓裝置，其特征在于，夾具內(nèi)部存在一腔體，該夾具內(nèi)部腔體一端同筒體內(nèi)腔連通，一端連通至待測(cè)試樣。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)カ腐蝕敏感性評(píng)估裝置，其特征在于，所述夾具包括分別設(shè)置于待測(cè)試樣上方的上夾具和待測(cè)試樣下方的下夾具，所述夾具內(nèi)部腔體設(shè)置于下夾具內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)カ腐蝕敏感性評(píng)估裝置，其特征在于，所述下夾具內(nèi)部腔體包括一貫穿下夾具的橫通孔，及同該橫通孔連通穿出下夾具上表面的垂直孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)カ腐蝕敏感性評(píng)估裝置，其特征在干，所述橫通孔直徑為.8 12mm,垂直孔為4mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)カ腐蝕敏感性評(píng)估裝置，其特征在干，所述垂直孔其出ロ處為倒圓角設(shè)計(jì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)カ腐蝕敏感性評(píng)估裝置，其特征在于，所述圓角為半徑為I或O. 5mm的圓角。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)カ腐蝕敏感性評(píng)估裝置，其特征在于，所述施壓裝置穿過(guò)所述夾具同待測(cè)試樣接觸，所述施壓裝置包括一載荷壓頭及其延伸、以便向待測(cè)試樣施壓的壓桿，所述壓桿同待測(cè)試樣間設(shè)有一鋼珠。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)カ腐蝕敏感性評(píng)估裝置，其特征在于，其壓桿和鋼珠的直徑為2. 5mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)カ腐蝕敏感性評(píng)估裝置，其特征在于，所述裝置設(shè)有ー頂蓋，該頂蓋上設(shè)有冷凝孔及測(cè)溫孔，并在裝置外部設(shè)有ー加熱控裝置以控制筒體內(nèi)部溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)カ腐蝕敏感性評(píng)估裝置，其特征在于，所述待測(cè)試樣尺寸為直徑IOmm,厚度O. 5±0· Olmm的小圓片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于小沖桿測(cè)試技術(shù)的應(yīng)力腐蝕敏感性評(píng)估裝置，該裝置包括一筒體，一設(shè)置于筒體內(nèi)、用以?shī)A持待測(cè)試樣的夾具，及置于試樣之上的施壓裝置，夾具內(nèi)部存在一腔體，該夾具內(nèi)部腔體一端同筒體內(nèi)腔連通，一端連通至待測(cè)試樣。通過(guò)使用該裝置，配合特定的取樣裝置可以對(duì)在役設(shè)備進(jìn)行近乎無(wú)損的、快速的抗應(yīng)力腐蝕性能評(píng)估，可以有效地解決微小試樣和單面處理試樣的應(yīng)力腐蝕敏感性評(píng)估難的問(wèn)題。本發(fā)明經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，試驗(yàn)周期短(幾小時(shí)至十?dāng)?shù)小時(shí)不等)，比慢拉伸方法更快速可靠。裝置簡(jiǎn)單，易于制造加工，存放、安裝方便，操作便利，可控性好。
文檔編號(hào)G01N17/00GK102692373SQ20121019691
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月14日
發(fā)明者關(guān)凱書(shū), 白濤, 陳鵬 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)