[发明专利]金属薄板预裂纹试样应力腐蚀试验方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属薄板预裂纹试样应力腐蚀试验的装置以及试验方法，属于大气侵蚀、腐蚀或防腐测量中的电化学测量技术领域。

背景技术

在使用环境中，机械系统和部件通常会被施加一定的应力，因此应力腐蚀损伤是腐蚀损伤中较为常见的，材料的耐蚀性（腐蚀稳定性）是决定系统和部件工作寿命的重要参数之一。通过应力腐蚀试验可对应力腐蚀进行初步的研究：确定机理、如何选择适宜的材料、进一步发展耐应力腐蚀的新合金、探讨材料抗应力腐蚀的防护方法。金属预裂纹试样应力腐蚀试验是一种重要的研究材料应力腐蚀损伤的应力腐蚀试验方法之一。金属预裂纹试样应力腐蚀试验的国家标准（例如：GB 12445.3-90《高强度合金楔形张开加载（WOL）预裂纹试样应力腐蚀试验方法》）中对金属预裂纹试样的应力腐蚀试验作了相关规定。但其中尚有不足，它采用的预裂纹试样裂纹尖端必须满足平面应变状态，因此其规定预裂纹试样需具有较大的厚度，而实际中薄板试样应用也较为广泛，但是根据现有的WOL型试样即满足平面应变状态的预裂纹试样应力腐蚀试验方法对薄板进行预裂纹试样应力腐蚀试验缺乏针对性，会导致试验结果过于保守偏安全，缺乏工程应用价值。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种金属薄板预裂纹试样应力腐蚀试验方法。

本发明的另一个目的在于提供一种金属薄板预裂纹试样应力腐蚀试验装置。

为了实现上述的发明目的，本发明是通过以下的技术方案实现的：

金属薄板预裂纹试样应力腐蚀试验装置，其特征在于包括：安装在承力墙上的固定挂钩、垂直于承力墙的底板、固定在底板上的挡板，挡板与承力墙平行设置，在挡板朝向固定挂钩的一侧水平安装上下夹板，在上下夹板上垂直开孔，螺栓穿过该孔压紧夹板将金属薄板试样一端固定，试样的另一端通过固定挂钩固定在承力墙上，在挡板上开孔，加载部件安装载荷测量装置后穿过该孔，且通过与上下夹板之间的内螺纹与上下夹板紧固，加载部件、上下夹板、试样、固定挂钩的中心轴重合。

前述的金属薄板预裂纹试样应力腐蚀试验装置，其特征在于所述的加载部件是加载螺钉。

金属薄板预裂纹试样应力腐蚀试验方法，其特征在于包括以下的步骤：

（1）、将金属薄板试样的一端通过固定挂钩固定于承力墙，另一端经上下夹板夹持后用螺栓固定；试样的试验段由腐蚀环境试验盒夹持；

（2）、根据同类金属材料裂纹扩展的门槛应力场强度因子预估应力试验初始施加的应力场强度因子，使得预估的应力场强度因子大于金属材料裂纹扩展的门槛应力场强度因子；

（3）、通过加载部件对金属薄板试样加载应力，应力的大小由载荷测量装置测出，测量薄板试样的裂纹长度，根据公式                                                _，算出裂纹应力场强度因子，当裂纹的应力场强度因子等于预估的应力场强度因子时，停止加载应力，式中为形状函数、K_I为裂纹应力场强度因子、为裂纹长度、为加载应力；

（4）、向腐蚀环境试验盒中充入腐蚀介质；

（5）、间隔一定时间，测量预裂纹试样尖端裂纹长度；

（6）、裂纹应力场强度因子达到稳定后，测量裂纹长度和加载应力，代入公式_，得到应力腐蚀裂纹扩展的门槛应力场强度因子。

前述的金属薄板预裂纹试样应力腐蚀试验方法，其特征在于所述的腐蚀环境试验盒为可分离式结构，分离面设有密封材料，分离面的外围包裹防渗漏材料。

前述的金属薄板预裂纹试样应力腐蚀试验方法，其特征在于所述步骤（3）中间隔一定时间是2小时。

前述的金属薄板预裂纹试样应力腐蚀试验方法，其特征在于步骤（6）中根据夹板的应变变化判断裂纹应力场强度因子是否达到稳定，夹板的应变保持恒定时，裂纹应力场强度因子达到稳定。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

本发明解决了现有技术要求试样为厚板的问题，采用薄板做试样，节省材料，所需的外加载荷相对较小，因此其对试验机的要求较低，且试验所得数据更接近真实情况。

本发明提出了一种测量和计算裂纹应力场强度因子的方法，即通过测量加载螺钉的预紧力和裂纹长度，根据公式计算尖端裂纹应力场强度因子K_I，解决了采用薄板试样进行预裂纹试样无法测量和计算裂纹应力场强度因子的问题，取代了现有WOL型试样通过千分表测量试样开口处张开位移来计算尖端裂纹应力场强度因子的方法，并且本方法可对裂纹的应力场强度因子进行实时测量。