[发明专利]一种小试样蠕变裂纹扩展试验方法

说明书

本发明提供一种所需材料的体积小、试验取材对设备的损伤少且能够得到与标准试样相近的蠕变裂纹扩展数据的小试样蠕变裂纹扩展试验方法。该试验方法包括：从设备或试料采取并制备用于蠕变裂纹扩展试验的小试样；利用疲劳试验机在小试样上预制初始裂纹；在小试样的表面焊接用于电流输入和电压测量的导线；将小试样安装在蠕变裂纹扩展试验装置上，对小试样加温，充分保温后施加载荷；利用位移引伸计采集小试样的载荷线位移量；根据测得的电压，通过直流或交流电位法获得小试样的裂纹长度；对试验数据进行处理，获得蠕变裂纹起裂时间、蠕变裂纹扩展速率。该试验方法适合于难以在在役构件、薄壁件、焊缝、使用功能性梯度材料的设备上取样的情况等。

技术领域

本发明属于材料性能测量技术领域，具体的说，涉及一种适用于小试样的蠕变裂纹扩展试验方法。

背景技术

进行蠕变裂纹扩展测试时通常需要62.5mm长、60mm宽、25mm厚的紧凑拉伸试样，试验所需坯料体积较大。在一些正在服役的设备上取材时会影响设备的使用寿命，甚至导致设备损坏。在一些薄壁设备如换热管、发动机叶片等，焊缝，使用功能梯度材料的设备，材料厚度较小无法制作成标准试样。这些情况下，为了获得材料的蠕变裂纹扩展性能，迫切需要一种小试样测试方法。

先前的研究结果表明，试样形状及尺寸影响蠕变裂纹尖端的拘束(即、裂尖拘束)状态，进而影响蠕变裂纹扩展速率。

裂尖拘束水平越高，通过该试样获得的蠕变裂纹扩展速率越快。当拘束水平达到一定程度后，其蠕变裂纹扩展速率趋于稳定。金属材料蠕变裂纹扩展速率试验方法的标准(HB7623-1998)中规定的深裂纹紧凑拉伸试样是一种较高拘束水平试样，用标准试样可获得较保守的试验数据。

通常，小试样的裂尖拘束水平较低，用小试样获得的裂纹扩展速率较标准试样慢，需要通过一些技术处理方可实现大小试样间蠕变裂纹扩展速率的准确关联，但现有的方法尚不成熟。

因此，需要一种能够得到与标准试样相近的蠕变裂纹扩展数据的小试样蠕变裂纹扩展试验方法。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中存在的问题而完成的，其目的在于提供一种所需材料的体积小、试验取材对设备的损伤少且能够得到与标准试样相近的蠕变裂纹扩展数据的小试样蠕变裂纹扩展试验方法。

为了达到上述目的，发明人进行了深入细致的研究，提供以下技术方案。

本发明的小试样蠕变裂纹扩展试验方法包括以下步骤：

S1：从设备或试料采取并制备用于蠕变裂纹扩展试验的小试样；

S2：利用疲劳试验机在上述小试样上预制初始裂纹；

S3：在上述小试样的表面焊接用于电流输入和电压测量的导线；

S4：将上述小试样安装在蠕变裂纹扩展试验装置上，对上述小试样加温，充分保温后施加载荷；

S5：利用位移引伸计采集上述小试样的载荷线位移量；

S6：根据测得的电压，通过直流或交流电位法获得上述小试样的裂纹长度；

S7：对试验数据进行处理，获得蠕变裂纹起裂时间、蠕变裂纹扩展速率。

在上述的小试样蠕变裂纹扩展试验方法中，优选上述小试样是圆型紧凑拉伸小试样，其直径为20mm，厚度B为1～5mm，初始裂纹的长度a₀与试样的宽度W的比值为0.3～0.8。

在上述的小试样蠕变裂纹扩展试验方法中，优选上述小试样是紧凑拉伸小试样，其宽度W为12.5mm，厚度B为1～5mm，初始裂纹的长度a₀与试样宽度W的比值为0.3～0.8。