[发明专利]一种用于核结构材料的小样品力学性能测试系统

说明书

本发明公开了一种用于核结构材料的小样品力学性能测试系统，由电子万能材料力学试验机、高精度力学传感器、样品夹具、拉压力学转换连杆和高、低温环境设备组成；联合使用高温炉和温控箱，可实现‑180℃到1000℃的原位温度环境；待测样品长度方向的尺寸小于等于10mm，厚度方向尺寸小于等于0.5；样品夹具可根据样品尺寸进行特殊设计；使用本发明的系统可高效的测试核结构材料的力学性能，其实验操作过程简单易行、重复性好、测量精度高、数据处理方法简单可靠。该系统可应用于Zr合金、反应堆用钢、镍合金、铝合金等核结构材料的力学性能测试和辐照损伤行为评估。

技术领域

本发明属于材料力学性能测试系统技术领域，具体涉及一种用于核结构材料的小样品力学性能测试系统。

背景技术

核结构材料在辐照条件下会发生结构损伤，例如产生空位团、原子偏聚、相变、位错环、非晶、肿胀、裂纹，进而引起材料塑性、韧性的下降以及硬度、脆性的提高。研究核结构材料的力学性能具有重要意义，可用于评估现有服役核能材料的性能和寿命、辐照损伤机理的研究以及设计研发面向未来的新型核结构材料。因此很有必要建立一套评估核结构材料力学性能的方法。

反应堆辐照过的核结构材料(Zr合金燃料包壳、反应堆用不锈钢等)通常都具有很强的放射性，因此传统核结构材料力学性能的研究均在热室中进行，其造价昂贵、测量效率低。材料的力学性能测试基本都是破坏性的，通常一个样品只能进行一次力学测量，这就需要有更多的样品才能满足多种力学测试的需求。反应堆内高通量的辐照空间十分有限，采用传统的方法测试样品必然占用更多的宝贵辐照空间，为了得到系统的数据，需要多次的辐照实验和更长的研究周期。可见传统的力学研究方法不能满足现有的研究需要。

使用小样品替代或部分替代传统拉伸样品研究核结构材料的力学性能，具有如下优点。第一，可以极大的提高研究效率、降低研究成本；第二，样品数量丰富，便于进行多种力学实验研究；第三，样品放射剂量低，操作安全，可在热室外操作；第四，便于对样品施加温度环境，进行不同温度下的力学性能测试；第五，制样技术中某些步骤与透射电镜和小角散射制样技术相同，方便建立结构与性能的关系。可见，小样品力学性能测试技术突破了传统核结构力学性能研究方法的限制，在核结构材料力学性能研究中具有重要作用。

小样品测试技术以其灵活、多样、高效的测试特点引起了国内外学者的广泛关注。应用小样品测试技术进行核结构材料力学性能研究的报道很多，但是关于该技术本身的报道却很少，尤其是涉及样品夹具设计、夹具与力学试验机的装配、高低温加载环境的集成以及数据分析方面的技术还鲜有报道。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的主要目的在于提供一种用于核结构材料的小样品力学性能测试系统，旨在解决现有技术中对样品夹具设计、夹具与力学试验机的装配、高低温加载环境的集成以及数据分析方面的研究空白的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于核结构材料的小样品力学性能测试系统，特别是一种可以在高、低温环境下进行核结构材料小样品力学性能测试的测试系统；该系统可应用于Zr合金、钢和镍合金、铝合金等核结构材料的常温力学性能测试以及高低温环境下的力学性能测试。

上述系统包括电子万能材料力学试验机、高精度力学传感器、用于装夹测试样品的样品夹具、拉压力学转换连杆和高低温环境设备；所述拉压力学转换连杆与电子万能材料力学试验机的底座连接；所述高低温环境设备安装于所述电子万能材料力学试验机内，通过所述高低温环境设备调节电子万能材料力学试验机内的测试环境温度；所述高精度力学传感器设置于所述拉压力学转换连杆上；所述样品夹具设置于所述拉压力学转换连杆上，通过所述拉压力学转换连杆对所述样品夹具施加压力。

进一步，所述拉压力学转换连杆包括下托盘和上压盘，所述下托盘中心设置有一凹槽，所述凹槽的尺寸与所述样品夹具的外观尺寸相匹配，便于将所述样品夹具放入所述凹槽中。