[发明专利]一种高温液态铅铋环境中的疲劳试验装置及使用方法

说明书

本发明涉及疲劳试验领域，具体是一种高温液态铅铋环境中的疲劳试验装置及使用方法，适用于疲劳试样在液态铅铋环境中疲劳性能和蠕变性能测试。该装置包括疲劳试验机、加载轴、试样架、疲劳试样、支撑杆、疲劳釜、加热器、应变测量系统、溶解氧电极、导通管、储存釜，在疲劳釜、储存釜、导通管＞250℃时，通过往储存釜进气管通高纯氩气或高纯氮气，使储存釜中液态铅铋合金流入疲劳釜中，通过往疲劳釜进气管通高纯氩气或高纯氮气，使疲劳釜中液态铅铋合金流入储存釜中，实现高温液态铅铋合金在疲劳釜与储存釜中的相互转移。本发明能够精确控制液态铅铋合金的温度、应变速率、载荷等试验参数，评价金属材料在高温液态铅铋环境中的疲劳性能。

技术领域

本发明涉及疲劳试验领域，具体是一种高温液态铅铋环境中的疲劳试验装置及使用方法，适用于疲劳试样在液态铅铋环境中疲劳性能和蠕变性能测试。

背景技术

由于沸点高及不与水或空气发生反应放热，且嬗变能力强和中子经济性优异，铅或铅铋共晶是第四代商用铅冷快堆和加速器驱动先进核能系统以及未来空间堆和小堆等特殊堆型的首选冷却剂，具有广泛的应用前景，是当前国际研究热点。铅铋堆的运行温度高达450～550℃，其设备材料的服役性能与安全是关键。金属材料在高温液态铅铋环境中的腐蚀性能是限制铅冷快堆发展的关键问题之一。服役于第四代铅冷快堆中的结构材料，不仅遭受液态铅铋腐蚀，同时在服役过程中会承受载荷，力学化学交互作用可能加速材料失效，有必要研究结构材料在液态铅铋环境中的力学性能。在疲劳载荷作用下，金属材料在液态铅铋环境中的疲劳寿命可能显著下降，断口上出现准解理开裂形貌，表现出液态金属脆化特征。然而，相关试验技术尚不成熟。基于此，本发明研制了一种高温液态铅铋环境中的疲劳试验装置及使用方法，可用于开展金属材料在液态铅铋环境中的疲劳行为研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温液态铅铋环境中的疲劳试验装置及使用方法，实现金属材料在高温液态铅铋环境中的疲劳行为研究，评价金属材料在液态铅铋环境中的力学行为与脆化损伤行为。

本发明的技术方案是：

一种高温液态铅铋环境中的疲劳试验装置，该装置包括：疲劳试验机、加载轴、试样架、疲劳试样、支撑杆、疲劳釜、加热器、应变测量系统、溶解氧电极、导通管、储存釜，具体结构如下：

两根立柱相对平行设置，横梁安装在两根立柱上，疲劳试验机固定安装于横梁上，横梁底部通过两个竖向的支撑杆与疲劳釜釜盖连接；疲劳釜为上下设置的疲劳釜釜盖、疲劳釜釜体之间通过螺栓连接构成；疲劳釜釜体的外侧包裹加热器，疲劳釜釜体内腔中设置凹槽形试样架，凹槽形试样架的上端安装在疲劳釜釜盖的底部，疲劳试样沿竖向设置于试样架内；铅铋合金放置在疲劳釜或储存釜中，疲劳釜与储存釜的内腔底部通过导通管连接，储存釜和导通管的外侧包裹加热器；

疲劳釜釜盖上设置加载轴通孔、线性差动可变电压位移传感器安装口、溶解氧电极安装口、疲劳釜进气管、疲劳釜出气管，其中：疲劳试验机输出端的加载轴穿过横梁、疲劳釜釜盖与疲劳釜釜体内疲劳试样的上端连接；疲劳试样的下端通过连接件与凹槽形试样架的内底部连接，疲劳试样的上下两个标距段分别通过位移传递杆与应变测量系统的两个线性差动可变电压位移传感器连接；溶解氧电极的上端伸至疲劳釜釜盖的上方，溶解氧电极的下端穿过疲劳釜釜盖伸至疲劳釜釜体内腔中部。

所述的高温液态铅铋环境中的疲劳试验装置，在加载轴通孔处，加载轴与疲劳釜釜盖之间通过O型圈密封。

所述的高温液态铅铋环境中的疲劳试验装置，疲劳釜釜体与疲劳釜釜盖之间放置紫铜垫圈，通过螺栓连接实现密封。

所述的高温液态铅铋环境中的疲劳试验装置，控制柜与疲劳试验机、疲劳釜加热器及热电偶、储存釜加热器及热电偶、导通管加热器及热电偶连接，实现对疲劳试验机的控制，以及疲劳釜、储存釜、导通管的加热器温度控制，并采集试验数据。