[发明专利]一种评价金属材料韧脆转变行为的装置及方法

说明书

本发明公开了一种评价金属材料韧脆转变行为的装置及方法，包括下模具、上模具、传载球、加热台、万能试验机及传载杆；下模具的上表面设置有凹槽，样品位于所述凹槽内，上模具的底部设置有凸起，所述凸起插入于圆形槽内，上模具上设置有通孔，所述通孔正对样品，传载球位于所述通孔内，且传载球与样品的表面相接触，传载杆的下端插入于通孔内后与传载球相接触，上模具上设置有槽孔，下模具的表面设置有凹槽，所述凹槽与槽孔组成热电偶槽；下模具位于加热台上，万能试验机的压头位于传载杆的正上方，热电偶槽内插入有热电偶，该装置及方法能够较为准确的评价金属材料的韧脆转变行为。

技术领域

本发明属于金属材料的性能测试领域，涉及一种评价金属材料韧脆转变行为的装置及方法。

背景技术

钨(W)作为熔点最高(约3410℃)的金属材料，具有高密度、高强度、优异的导热性、低的热膨胀系数和高的抗核辐射等优点，在军工国防、航空航天、电子工业以及辐射屏蔽等领域有着不可替代的作用。此外，钨还具有良好的抗粒子溅射能力和低氢(H/D/T)滞留的特性，被认为是未来核聚变装置中面向等离子体的第一候选材料。然而，实际应用的多晶钨材料具有低室温韧性和高韧脆转变温度(DBTT)的缺点，在室温下通常表现出脆性行为，因而极大地限制了钨的加工和广泛应用。

材料的韧脆转变特性非常的重要，它直接影响到了材料的应用范围。在新材料的研发过程中，如何简洁、准确以及快速的确定材料的韧脆转变温度是目前研究的一个热点。在工业中用于评价韧脆转变的方法是1900年由Georges Augustin Albert Charpy发明的夏比冲击实验(Charpy impact test)。在该实验中，将带有V型或U型缺口的试样(10mm×10mm×55mm)固定在实验机上，在规定条件(包括高温，室温和低温)下通过摆锤打击缺口试样，然后通过测定冲击吸收的能量来确定材料的韧脆转变行为。

现今阶段，对核电站组件进行可靠的结构评估对核电站的安全运行起着至关重要的作用。运用夏比冲击实验进行实验评估时，需要制造大量的材料，模拟辐照后进行相应的力学性能测试。所需标样的尺寸和工艺极大地增加了时间和成本。同时，在该实验中，人为引入的缺口在受到作用力时会出现应力集中，从而加速裂纹的扩展。传统方法中，由于缺口的引入以及较大的应变速率，将会使测得的韧脆转变温度高于材料实际的转变温度，因此不能准确评价金属材料的韧脆转变行为。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种评价金属材料韧脆转变行为的装置及方法，该装置及方法能够较为准确的评价金属材料的韧脆转变行为。

为达到上述目的，本发明所述的评价金属材料韧脆转变行为的装置包括下模具、上模具、传载球、加热台、万能试验机及传载杆；

下模具的上表面设置有凹槽，样品位于所述凹槽内，上模具的底部设置有凸起，所述凸起插入于圆形槽内，上模具上设置有通孔，所述通孔正对样品，传载球位于所述通孔内，且传载球与样品的表面相接触，传载杆的下端插入于通孔内后与传载球相接触，上模具上设置有槽孔，下模具的表面设置有凹槽，所述凹槽与槽孔组成热电偶槽；

下模具位于加热台上，万能试验机的压头位于传载杆的正上方，热电偶槽内插入有热电偶。

上模具与下模具之间通过螺柱相连接。

一种评价金属材料韧脆转变行为的方法包括以下步骤：

1)对样品进行预处理；

2)将样品放置于圆形槽中，然后将上模具与下模具固定，再在通孔内放入传载球，然后插入传载杆，使得传载杆的下端面与传载球相接触，将万能试验机的压头放置于传载杆的上方，并将下模具放置到加热台上；

3)向热电偶槽内插入于热电偶，并开启加热台，当热电偶测量得到的温度达到预设温度时进行保温；

4)通过万能试验机压头以预设应变速率对传载杆进行加载，并绘制载荷-位移曲线；