CN102620990A - 一种液态金属条件下的材料脆化试验装置和方法 - Google Patents

一种液态金属条件下的材料脆化试验装置和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102620990A
CN102620990A CN2012100896015A CN201210089601A CN102620990A CN 102620990 A CN102620990 A CN 102620990A CN 2012100896015 A CN2012100896015 A CN 2012100896015A CN 201210089601 A CN201210089601 A CN 201210089601A CN 102620990 A CN102620990 A CN 102620990A
Authority
CN
China
Prior art keywords
liquid metal
test tank
test
tensile sample
main shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012100896015A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102620990B (zh
Inventor
刘静
高胜
朱志强
姜志忠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Original Assignee
Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hefei Institutes of Physical Science of CAS filed Critical Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority to CN201210089601.5A priority Critical patent/CN102620990B/zh
Publication of CN102620990A publication Critical patent/CN102620990A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102620990B publication Critical patent/CN102620990B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

一种液态金属条件下的材料脆化试验装置和方法，提供开展结构材料在液态金属中的脆断敏感性试验研究的平台和试验方法。装置包括熔融罐、测试罐、拉伸机、拉伸试样、试样夹具、拉伸主轴、拉杆连接套、波纹管等。拉伸试样固定在试样夹具上，并放置在测试罐内，通过气体系统，将提前在熔融罐内融化的液态金属压入测试罐内，然后采用拉伸机对拉伸试样进行拉伸和测试。本发明适用于开展结构材料在液态金属中的脆化敏感性试验研究。

Description

一种液态金属条件下的材料脆化试验装置和方法
技术领域
本发明涉及一种液态金属条件下的材料脆化试验装置和方法，适用于开展结构材料在液态金属中的脆断敏感性试验研究。
背景技术
在液态金属环境中，结构材料受到液态金属(如锂铅或铅铋合金等)的腐蚀和热应力的同时作用，会导致结构材料的韧性丢失，引起结构材料的脆性断裂，从而引起重大安全事故。该研究在众多工业领域(例如核反应堆领域)有广泛应用。
开展结构材料在液态金属中的脆断敏感性试验的装置能接近真实情况地模拟结构材料在液态金属中的工况，获得的试验数据可以开展液态金属的腐蚀机理研究，并为工业用备选材料选取提供指导。
目前，国内还没有开展结构材料在液态金属中脆断效应试验装置和方法的研究。国际上仅有少数国家在该方面进行了研究，法国科学研究中心采用冲压方式对试验试样施加一定的力，该装置对试样有特殊要求，并且该装置还存在难以开展试样裂纹扩展情况的试验研究和试样的安装和取样过程较为繁琐等缺点；另外，比利时的LIMETS系列装置主要用于辐照后拉伸试样在液态铅铋或锂铅中的脆断敏感性试验研究，该装置结构设计复杂，成本昂贵，试验操作困难。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有装置结构复杂、功能单一等缺陷，提供一种液态金属条件下的材料脆化试验装置和方法，具有拉伸试样拆装方便、装置可靠性强、安全性高、功能齐全等优点，可研究拉伸试样在液态金属和应力同时作用下的脆断敏感性及应力腐蚀等试验研究。
本发明的技术解决方案：一种液态金属条件下的材料脆化试验装置，包括：测试罐1、熔融罐2、拉伸机3、底座10、气体系统13和管道15，具体结构描述如下：
所述测试罐1包括圆形密封盖12和圆柱形侧壁11，圆形密封盖12位于圆柱形侧壁11上方，圆柱形侧壁11固定在底座10上方；测试罐1和熔融罐2之间由管道15连接，管道15中间有一个液态金属阀门16；
拉杆连接套5连接于拉伸机3下方；拉伸主轴6连接于拉杆连接套5下方；试样夹具7连接于拉伸主轴6下方，并位于测试罐1内部，拉伸试样4位于试样夹具7之间，试样夹具7用于固定拉伸试样4，使拉伸试样4与拉伸主轴6处于同一轴线上；支撑底板9连接于试样夹具7的下方，并与支撑导柱8下端连接，支撑导柱8上端与圆形密封盖12连接，并位于测试罐1内部；拉伸机3以恒定的拉伸速率向上移动时，依次通过拉杆连接套5、拉伸主轴6和试样夹具7为拉伸试样4提供一个恒定的拉伸速率；波纹管14位于圆形密封盖12之上，套在拉伸主轴6的外围，以实现圆形密封盖12和拉伸主轴6之间的动密封。
气体系统13的两个气路分别与测试罐1和熔融罐2相连接，气体系统13提供的惰性气氛或还原性气氛对测试罐1和熔融罐2内的液态金属进行保护，减少其在高温下的氧化，同时用于液态金属在测试罐1和熔融罐2之间的转移，且能抑制测试罐1和熔融罐2内液态金属的挥发。
所述拉伸试样4位于由圆形密封盖12、支撑导柱8和支撑底板9构成的半封闭独立样品室内。
所述拉杆连接套5下端中间设计为空心槽。
一种液态金属条件下的材料脆化试验方法，按照上述的试验装置结构的连接，同时将拉伸试样4固定在试样夹具7上之后，通过气体系统13将熔融罐2内提前熔融的液态金属压入测试罐内1，待测试罐1中液态金属的液位升至拉伸试样9上端一段距离后，启动拉伸机3，选择应变速率低于10-3s-1的慢应变速率进行试验，拉伸机3向上移动时，依次通过拉杆连接套5、拉伸主轴6和试样夹具7给拉伸试样4提供一个恒定的拉伸速率，直到拉伸试样4断裂；试验结束后，再通过气体系统13将测试罐1内的液态金属压回熔融罐2内。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明装置中，拉伸试样位于由圆形密封盖、支撑导柱和支撑底板构成的半封闭独立样品室内，试验前或试验后，可以通过提升半封闭独立样品室将拉伸试样升至测试罐上方，方便了拉伸试样的安装与拆卸；
(2)本发明拉伸试样位于半封闭独立样品室内，试验后，拉伸试样是否被拉断，均可通过提升半封闭独立样品室取出拉伸试样，保证了装置运行的可靠性；
(3)本发明拉杆连接套下端中间空心槽的设计，可以使拉伸机空载移动一段距离，对装置起到保护作用，提高了装置运行安全性；
(4)本发明可以开展结构材料在高温液态金属及高温气体环境中的对比拉伸试验，获得结构材料在上述环境中的裂纹扩展速率、断裂特性等对比试验结果，功能齐全。
附图说明
图1为本发明的装置主体结构示意图；
图中，1测试罐；2熔融罐；3拉伸机；4拉伸试样；5拉杆连接套；6拉伸主轴；7试样夹具；8支撑导柱；9支撑底板；10底座；11圆柱形侧壁；12圆形密封盖；13气体系统；14波纹管；15管道；16液态金属阀门。
具体实施方式
本发明一种液态金属条件下的材料脆化试验装置和方法可以用于开展结构材料在液态金属环境和应力同时作用下的材料性能研究，如图1所示，本发明试验装置具体包括测试罐1、熔融罐2、拉伸机3、拉伸试样4、试样夹具7、支撑导柱8、支撑底板9、拉伸主轴6、拉杆连接套5、波纹管14、气体系统13、管道15、液态金属阀门16。
如图1所示，测试罐1包括圆形密封盖12和圆柱形侧壁11，圆形密封盖12位于圆柱形侧壁11上方，圆柱形侧壁11固定在底座10上方，测试罐1和熔融罐2之间由管道15相连接，管道15中间有一个液态金属阀门16。拉杆连接套5连接于拉伸机3下方，拉伸主轴6连接于拉杆连接套5下方；试样夹具7连接于拉伸主轴6下方，并位于测试罐1内部，拉伸试样4位于试样夹具7之间，试样夹具7用于固定拉伸试样4，使拉伸试样4与拉伸主轴6处于同一轴线上；支撑底板9连接于试样夹具7的下方，并与支撑导柱8下端连接，支撑导柱8上端与圆形密封盖12连接，并位于测试罐1内部；拉伸机3以恒定的拉伸速率向上移动时，依次通过拉杆连接套5、拉伸主轴6和试样夹具7为拉伸试样4提供一个恒定的拉伸速率；波纹管14位于圆形密封盖12之上，套在拉伸主轴6的外围，以实现圆形密封盖12和拉伸主轴6之间的动密封。气体系统13的两个气路分别与测试罐1和熔融罐2相连接，气体系统提供的惰性气氛或还原性气氛对测试罐1和熔融罐2内的液态金属进行保护，减少其在高温下的氧化，同时用于液态金属在测试罐1和熔融罐2之间的转移，且能抑制测试罐1和熔融罐2内液态金属的挥发。
所述拉伸试样4位于由圆形密封盖12、支撑导柱8和支撑底板9构成的半封闭独立样品室内，方便了试验前后拉伸试样4的拆装；且拉伸试样4是否被拉断，都可以方便取出拉伸试样4。
所述拉杆连接套5下端中间设计为空心槽，与拉伸主轴6连接之后，允许拉伸机3空载移动一段距离，对装置起到保护作用。
所述试样夹具7、支撑导柱8和支撑底板9采用耐高温耐液态金属腐蚀的高性能材料，且其可定期更换，保证了装置的寿命。
试验时，拉伸试样4固定于试样夹具7中，并置于测试罐1内部，固态金属介质装于熔融罐2内。具体试验步骤如下：采用电加热对测试罐1、管道15及熔融罐2进行加热；待温度升至试验设定温度(金属熔点之上)时，打开管道15中间的液态金属阀门16，利用气体系统13将熔融罐2内的液态金属压入测试罐1内，并使测试罐1内液态金属的液位位于拉伸试样4之上10mm左右，关闭液态金属阀门16；随后，启动拉伸机3，选择慢应变速率(应变速率低于10-3s-1)进行试验(在液态金属腐蚀和应力的同时作用下，结构材料的机械性能会降低，继而发生脆性断裂——液态金属脆化效应)，待拉伸试样4断裂后，打开管道15中间的液态金属阀门16，利用气体系统13将测试罐1内的液态金属全部压回熔融罐2内，关闭液态金属阀门16，并停止对整个装置的加热，使其自然冷却至室温，然后提升圆形密封盖12，取出拉伸试样4，分析拉伸试样4的裂纹扩展情况、表面腐蚀情况及断口特点(韧性断裂还是脆性断裂)等。

Claims (4)

1.一种液态金属条件下的材料脆化试验装置，其特征在于包括：测试罐(1)、熔融罐(2)、拉伸机(3)、底座(10)、气体系统(13)和管道(15)；所述测试罐(1)包括圆形密封盖(12)和圆柱形侧壁(11)，圆形密封盖(12)位于圆柱形侧壁(11)上方，圆柱形侧壁(11)固定在底座(10)上方；测试罐(1)和熔融罐(2)之间由管道(15)连接，管道(15)中间有一个液态金属阀门(16)；拉杆连接套(5)连接于拉伸机(3)下方；拉伸主轴(6)连接于拉杆连接套(5)下方；试样夹具(7)连接于拉伸主轴(6)下方，并位于测试罐(1)内部，拉伸试样(4)位于试样夹具(7)之间，试样夹具(7)用于固定拉伸试样(4)，使拉伸试样(4)与拉伸主轴(6)处于同一轴线上；支撑底板(9)连接于试样夹具(7)的下方，并与支撑导柱(8)下端连接，支撑导柱(8)上端与圆形密封盖(12)连接，并位于测试罐(1)内部；拉伸机(3)以恒定的拉伸速率向上移动时，依次通过拉杆连接套(5)、拉伸主轴(6)和试样夹具(7)为拉伸试样(4)提供一个恒定的拉伸速率；波纹管(14)位于圆形密封盖(12)之上，套在拉伸主轴(6)的外围，以实现圆形密封盖(12)和拉伸主轴(6)之间的动密封；气体系统(13)的两个气路分别与测试罐(1)和熔融罐(2)相连接，气体系统(13)提供的气体环境对测试罐(1)和熔融罐(2)内的液态金属进行保护，减少其在高温下的氧化，同时用于液态金属在测试罐(1)和熔融罐(2)之间的转移，且能抑制测试罐(1)和熔融罐(2)内液态金属的挥发。
2.根据权利要求1所述的一种液态金属条件下的材料脆化试验装置，其特征在于：所述拉伸试样(4)位于由圆形密封盖(12)、支撑导柱(8)和支撑底板(9)构成的半封闭独立样品室内。
3.根据权利要求1所述的一种液态金属条件下的材料脆化试验装置，其特征在于：所述拉杆连接套(5)下端中间设计为空心槽。
4.一种液态金属条件下的材料脆化试验方法，其特征在于：按照权利要求1所述的试验装置结构的连接，同时将拉伸试样(4)固定在试样夹具(7)上之后，通过气体系统(13)将熔融罐(2)内提前熔融的液态金属压入测试罐内(1)，待测试罐(1)中液态金属的液位升至拉伸试样(9)上端一段距离后，启动拉伸机(3)，选择应变速率低于10-3s-1的慢应变速率进行试验，拉伸机(3)向上移动时，依次通过拉杆连接套(5)、拉伸主轴(6)和试样夹具(7)给拉伸试样(4)提供一个恒定的拉伸速率，直到拉伸试样(4)断裂；试验结束后，再通过气体系统(13)将测试罐(1)内的液态金属压回熔融罐(2)内。
CN201210089601.5A 2012-03-30 2012-03-30 一种液态金属条件下的材料脆化试验装置和方法 Active CN102620990B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210089601.5A CN102620990B (zh) 2012-03-30 2012-03-30 一种液态金属条件下的材料脆化试验装置和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210089601.5A CN102620990B (zh) 2012-03-30 2012-03-30 一种液态金属条件下的材料脆化试验装置和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102620990A true CN102620990A (zh) 2012-08-01
CN102620990B CN102620990B (zh) 2014-01-29

Family

ID=46561038

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210089601.5A Active CN102620990B (zh) 2012-03-30 2012-03-30 一种液态金属条件下的材料脆化试验装置和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102620990B (zh)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103217333A (zh) * 2013-04-14 2013-07-24 中国科学院合肥物质科学研究院 动态液态金属环境下实现精确变形测量的蠕变实验装置及方法
CN104392755A (zh) * 2014-09-24 2015-03-04 中国科学院合肥物质科学研究院 一种流动工况下液态重金属氧浓度控制固液交换反应装置
CN104807739A (zh) * 2014-01-23 2015-07-29 中国科学院金属研究所 一种液态金属腐蚀高温持久试验装置
CN108231224A (zh) * 2018-01-17 2018-06-29 中国科学院上海应用物理研究所 一种熔盐堆中的核材料的模拟方法
CN108398336A (zh) * 2017-02-05 2018-08-14 鞍钢股份有限公司 一种获取高温拉伸试样断口的方法
CN110174309A (zh) * 2019-06-12 2019-08-27 宁波大学 疲劳载荷下金属材料断口局部熔融的试样设计方法
CN110361281A (zh) * 2019-06-19 2019-10-22 武汉工程大学 一种蠕变疲劳试验系统
CN111579386A (zh) * 2020-06-03 2020-08-25 西南科技大学 一种液态金属环境下材料蠕变性能的检测装置及样品夹具
CN112255102A (zh) * 2020-11-12 2021-01-22 中机试验装备股份有限公司 超高压强下的多功能材料力学水下试验设备
CN113155592A (zh) * 2021-04-08 2021-07-23 哈尔滨工业大学（威海） 一种金属材料低温拉伸试验装置
CN113331141A (zh) * 2021-06-16 2021-09-03 临沂大学 一种提高蚕丝拉伸力学性能的方法及其高拉伸性能的蚕丝
CN113514341A (zh) * 2021-04-01 2021-10-19 武汉工程大学 高温液态钠环境下的金属材料蠕变-疲劳实验方法
CN114371119A (zh) * 2021-12-10 2022-04-19 核工业西南物理研究院 一种液态金属多试样恒载荷应力腐蚀试验装置及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0338190A (ja) * 1989-07-05 1991-02-19 Sharp Corp アンテナ入力レベル表示装置
JPH08233725A (ja) * 1995-02-23 1996-09-13 Nippon Steel Corp 間欠浸漬用環境疲労試験水槽
JP2008064569A (ja) * 2006-09-06 2008-03-21 Kyowa Electron Instr Co Ltd 機械特性試験装置およびそれに用いられる水素雰囲気用歪ゲージ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0338190A (ja) * 1989-07-05 1991-02-19 Sharp Corp アンテナ入力レベル表示装置
JPH08233725A (ja) * 1995-02-23 1996-09-13 Nippon Steel Corp 間欠浸漬用環境疲労試験水槽
JP2008064569A (ja) * 2006-09-06 2008-03-21 Kyowa Electron Instr Co Ltd 機械特性試験装置およびそれに用いられる水素雰囲気用歪ゲージ

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
P.J.L.FERNANDES E: "Failure by liquid metal induced embrittlement", 《ENGINEERING FAILURE ANALYSIS》, vol. 1, no. 1, 31 January 1994 (1994-01-31), pages 51 - 63 *
R.E.CLEGG ET AL.: "Liquid metal embrittlement of tensile specimens of En19 steel by tin", 《ENGINEERING FAILURE ANALYSIS》, vol. 10, no. 1, 28 February 2003 (2003-02-28) *

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103217333A (zh) * 2013-04-14 2013-07-24 中国科学院合肥物质科学研究院 动态液态金属环境下实现精确变形测量的蠕变实验装置及方法
CN104807739A (zh) * 2014-01-23 2015-07-29 中国科学院金属研究所 一种液态金属腐蚀高温持久试验装置
CN104392755A (zh) * 2014-09-24 2015-03-04 中国科学院合肥物质科学研究院 一种流动工况下液态重金属氧浓度控制固液交换反应装置
CN104392755B (zh) * 2014-09-24 2017-02-15 中国科学院合肥物质科学研究院 一种流动工况下液态重金属氧浓度控制固液交换反应装置
CN108398336B (zh) * 2017-02-05 2020-10-27 鞍钢股份有限公司 一种获取高温拉伸试样断口的方法
CN108398336A (zh) * 2017-02-05 2018-08-14 鞍钢股份有限公司 一种获取高温拉伸试样断口的方法
CN108231224B (zh) * 2018-01-17 2019-12-17 中国科学院上海应用物理研究所 一种熔盐堆中的核材料的模拟方法
CN108231224A (zh) * 2018-01-17 2018-06-29 中国科学院上海应用物理研究所 一种熔盐堆中的核材料的模拟方法
CN110174309A (zh) * 2019-06-12 2019-08-27 宁波大学 疲劳载荷下金属材料断口局部熔融的试样设计方法
CN110361281A (zh) * 2019-06-19 2019-10-22 武汉工程大学 一种蠕变疲劳试验系统
CN111579386A (zh) * 2020-06-03 2020-08-25 西南科技大学 一种液态金属环境下材料蠕变性能的检测装置及样品夹具
CN112255102A (zh) * 2020-11-12 2021-01-22 中机试验装备股份有限公司 超高压强下的多功能材料力学水下试验设备
CN113514341A (zh) * 2021-04-01 2021-10-19 武汉工程大学 高温液态钠环境下的金属材料蠕变-疲劳实验方法
CN113155592A (zh) * 2021-04-08 2021-07-23 哈尔滨工业大学（威海） 一种金属材料低温拉伸试验装置
CN113331141A (zh) * 2021-06-16 2021-09-03 临沂大学 一种提高蚕丝拉伸力学性能的方法及其高拉伸性能的蚕丝
CN114371119A (zh) * 2021-12-10 2022-04-19 核工业西南物理研究院 一种液态金属多试样恒载荷应力腐蚀试验装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102620990B (zh) 2014-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102620990B (zh) 一种液态金属条件下的材料脆化试验装置和方法
JP5196926B2 (ja) 薄鋼板用水素脆化評価装置及び薄鋼板水素脆化評価方法
CN104458470A (zh) 一种对具有内外流动高温水的管子试样的加载系统
WO2014107941A1 (zh) 微试样蠕变、蠕变疲劳试验系统及试验方法
CN104880400B (zh) 高压氢渗透测试装置及测试方法
CN108204938B (zh) 一种阻氚涂层中氢扩散渗透性能测定装置
CN103606387B (zh) 一种核燃料元件芯体去除装置
CN101592587B (zh) 液态介质静态腐蚀实验装置与方法
CN109323662B (zh) 高温环境下环形包壳内外表面温度控制及变形测量装置
CN101504355B (zh) 一种高通量研究堆堆芯容器的辐照监督装置
CN110660496B (zh) 一种用于高温芯轴试验的包壳破裂失效实时监测系统
Zhevago et al. Experimental investigation of hydrogen storage in capillary arrays
Hózer et al. High-temperature secondary hydriding experiments with E110 and E110G cladding
CN103984374A (zh) 一种用于小冲杆试验方法的高温系统
KR101358927B1 (ko) 액체 열매체와 고체 열매체를 혼용한 온도 정밀 제어용 조사 시험 캡슐
CN202041414U (zh) 试样加载装卡装置
CN202994531U (zh) 一种用于高压反应釜的取样装置
CN113421668B (zh) 一种模拟失水事故的实验系统
CN211953994U (zh) 一种瞬态热环境下转子轴弯曲特性测量装置
CN107831061A (zh) 一种蠕变持久试验机用样品快速冷却设备
CN209878525U (zh) 高温环境下冲击压痕测试装置
CN203275159U (zh) 一种监测变压器油中溶解co2气体含量的装置
CN111504801A (zh) 一种高温液相腐蚀环境中进行应力腐蚀实验的装置及方法
CN216695907U (zh) 管材接头剪切强度测试装置
Li et al. Fabrication Technique Development of Dual Functional Lithium Lead Test Blanket Module

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant