专利名称：基于小冲杆测试技术的应力腐蚀敏感性评估装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种应カ腐蚀敏感性评估装置，尤其是一种基于小冲杆测试技术的应カ腐蚀敏感性评估装置。
背景技术：
化工和核电行业中存在着大量长期服役的不锈钢构件，在高温、高压和辐射等苛刻的环境下长时间运行，不锈钢部件难免会出现各种各样的失效，其中应カ腐蚀开裂占有较大比例。因此如何正确快速评价在役部件的抗应カ腐蚀开裂性能成为普遍关注的主題。 因为要保证服役部件可以在不必停车的前提下进行取样检测，这就需要一种全新的测试技术来对微小试样快速进行抗应カ腐蚀开裂(Stress Corrosion Cracking,以下简称SCOl^能评估。小冲杆测试技术(Small Punch Test (SPT) Technique)是八十年代初期逐渐发展起来的一种新的既有效又经济的安全检测方法，ー种既具有“无损取样”性又具有准确可靠性的新型试验方法。SPT利用冲杆以一定速度冲压试样薄片，记录试片从变形到失效整个过程中的载荷 位移(变形挠度)数据，并借此分析得出材料各种性能參数。现今该项技术已经被广泛应用于评价材料的常规力学性能和蠕变性能等。但是用于评价材料的抗应カ腐蚀性能尚属少见。经过我们大量实验证明，配合特殊的取样装置，完全可以做到在不停车停产的前提下对其抗应カ腐蚀性能进行评估。从上个世纪开展应カ腐蚀开裂研究以来，出现了型式繁多的试样型式和相应的试验机，以及标准的各类试验方法。不同的试样各有不同的试验目的，有的仅仅为了测试应力腐蚀开裂的敏感性；有的则要求测得应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt ;有的还要求测得应力腐蚀开裂的临界应力σ。，而有的则要求测出应力腐蚀的应力強度因子起始值Kiscc (也是临界值)。现有的应カ腐蚀开裂的试验方法大体有以下几类(I)恒位移下的应カ腐蚀开裂试验加工好的试样先使其获得一定量的预变形(位移)，然后将该应变量(位移量)用卡夹具固定住，放入腐蚀环境中任其发生开裂和扩展，在试验的全过程中试样的变形(位移)始終被固定。这种应カ发生的试验方法可以不需要任何试验机，不但可在实验室使用，也可以在现场做挂片试验，并且双方方便。这类恒位移应カ腐蚀开裂试验的试样型式很多，例如C形环、U形、三点弯曲、四点弯曲(纯弯曲)、应カ环等试样，试样现状如图I所示。(2)W0L试样这是由断裂力学的紧凑拉伸试样(CT试样)演变过来用于在腐蚀环境中测验应力腐蚀裂纹扩展速率da/dt和应カ腐蚀开裂临界应力強度因子Kiscc值的试样。可參见图2。(3)恒载荷下的应カ腐蚀开裂试验将拉伸试样悬挂在用破码加载的拉伸试验机上，而拉伸试样必须浸没在密封的腐蚀介质环境箱中。或者采用悬臂梁试样，ー头水平夹持在固定机架的夹头上，试样的被试部分被浸没在密封的腐蚀介质环境箱中，而悬臂的另ー端则再悬挂着砝码加载。一般在这种悬臂梁试样的中央开有缺ロ。如图3a、3b。(4)恒应变速率慢拉伸试验法该法用特制的圆棒形拉伸试样或板形试样，两端夹持在特制的拉伸试验机上，试样外套上腐蚀介质的环境箱，加载时保持恒定而缓慢的应变速率。如果被试材料对此介质有应力腐蚀倾向，则会在持续不断的塑性应变变形过程中萌生应カ腐蚀裂纹，并不断扩展，最好促使试样发生断裂。这种试验方法的特点主要是人为施加给试样连续的缓慢的塑性应变，并保持这个应变速率为恒定的。如果发生了应カ腐蚀开裂，最終试样的断ロ为宏观的脆性断ロ，如果没有发生应力腐蚀开裂，则最终是在塑性应变相当大之后形成有明显颈缩的塑性断ロ。这种试验亦被简称为“慢拉伸”试验，并被认为是一种可靠的应カ腐蚀开裂快速试验法，结果准确可靠，对应力腐蚀试验具有较高的灵敏度，特别适合于实验室进行材料的快速筛选。现已经形成标准的试验方法。參见图
发明内容

为克服在役设备在不停产的前提下快速评估其抗SCC性能的难题，本发明提供了ー种基于小冲杆测试方法的快速评估材料SCC敏感性的装置，具体的技术方案如下一种基于小冲杆测试技术的应カ腐蚀敏感性评估装置，包括一筒体，一设置于筒体内、用以夹持待测试样的夹具，及置于试样之上的施压装置，夹具内部存在一腔体，该夹具内部腔体一端同筒体内腔连通，一端连通至待测试样。进ー步，所述夹具包括分别设置于待测试样上方的上夹具和待测试样下方的下夹具，所述夹具内部腔体设置于下夹具内。进ー步，所述下夹具体内腔体包括一贯穿下夹具的横通孔，及同该横通孔连通穿出下夹具上表面的垂直孔。进ー步，所述垂直孔其出ロ处为倒圆角设计，所述横通孔直径为8 12mm，垂直孔为4_并倒有R=I或O. 5mm的圆角，这个其实越大越好，就是为了让溶液与试样接触，该横通孔设计用以使腐蚀溶液可一直充满在待测试样测试表面周围，同待测试样充分接触。进ー步，所述施压装置穿过所述夹具同待测试样接触，所述施压装置包括ー载荷压头及其延伸、以便向待测试样施压的压杆，所述压杆同待测试样间设有ー钢珠，其直径同压杆相适应。钢珠和压杆直径均为2. 5mm并且其硬度值不得低于HRC55，材料选择时应考虑具有较好的耐腐蚀性能。进ー步，所述装置设有ー顶盖，该顶盖上开有通入载荷压头的通孔及有接入温度计和冷凝管的孔位，并在装置外部设有ー加热控装置以控制内部筒体内温度。进ー步，所述待测试样尺寸为直径IOmm,厚度O. 5±0. Olmm的小圆片。本发明的有益效果在干本装置利用了小冲杆测试技术原理开发了一种应用于评估SCC性能的装置，该装置通过在筒体内设置ー含有同筒体内腔及待测试样连通的小冲杆夹具，并辅以施压装置，实现了 SCC性能的快速检测，且由于其所需试样较小，解决了在役部件不停产同时进行测试的难题。具体而言，本发明设计了ー种合理的装置和技术方案，配合特定的取样装置可以对在役设备进行近乎无损的、快速的抗应カ腐蚀性能评估。可以有效地解决微小试样和单面处理试样的应カ腐蚀敏感性评估难的问题。且，技术方案经过大量实验检验，数据稳定可靠，试验周期短(几小时至十数小时不等)，比慢拉伸方法更快速可靠。装置简单，易于制造加工，存放、安装方便，操作便利，可控性好。


图I是恒位移应カ腐蚀开裂试验试样示意图，图Ia为C型环试样，图Ib为U型环试样，图Ic为应カ环试样，图Id为三点弯曲试样，图Ie为四点弯曲试样。图2是WOL试样示意图。图3a是圆棒拉伸应力腐蚀开裂试样示意图。图3b是矩形截面悬臂梁应力腐蚀开裂试验示意图。图4是恒应变速率慢拉伸试样示意图。图5是小冲杆法应力腐蚀试验装置总装配图。 图6是图5中小冲杆夹具装配放大图。图7是小冲杆试样示意图。图8是小冲杆上夹具剖面图。图9是小冲杆下夹具剖面和俯视图。图10是顶盖俯视图和A-A首I]面不意图。图11是应用本发明装置所获取的小冲杆载荷位移曲线。附图符号说明图2中，I为缺ロ张开位移测量处。图3a/图3b中01为环境箱，02为悬臂梁试/拉伸试样，03为破码。图4中，01为环境箱，02为拉伸试样，04为拉伸试验机上夹头，05为拉伸试验机下夹头。图5中，I为荷载压头，2为测温孔，3为冷凝孔，4为顶盖，5为压杆，6为上夹具，7为加热控温装置，8为钢珠,9为待测试样，10为下夹具，11为筒体，12为底座凸台，13为垂直孔，14为横通孔。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进ー步详细说明，但不应该以此限制本发明的保护范围。请參阅图5 图6,为本实施例原理示意图，该评估装置,包括一筒体11, ー顶盖4,一设置于筒体内、用以夹持待测试样9的夹具，具体包括上夹具6和下夹具10，及置于待测试样9之上的施压装置。该待测试样9被夹持于上夹具6和下夹具10之间。该施压装置包括穿过顶盖4的载荷压头I和延伸的压杆5，压杆5和待测试样9之间设置ー钢珠8。夹具内部存在一腔体，本实施例中，该腔体设置于下夹具10内部，由贯穿下夹具10的横通孔14和穿出下夹具10上表面的垂直孔13组成，该横通孔14两端出ロ同筒体11内腔连通，垂直孔13出ロ连通至待测试样9，以便腐蚀溶液能够一直充满在试样测试表面周围。该垂直孔13出口处还使用了倒角设计，以便于获得获得稳定的实验结果、优化试样的受カ状态。所述装置顶盖4上开有通入载荷压头I的通孔及有接入温度计孔位2和冷凝管的孔位3，并可在装置外部设有ー加热控装置7以控制内部筒体内温度。本实施例中，夹具通过ー固定于筒体11底部的底座突台12进行嵌入固定。
请參阅图7 图10，为本实施例试样9、夹具及顶盖4的所采用具体尺寸结构最优例示意图，待测试样9选取直径10mm，厚度O. 5±0. Olmm的小圆片，钢珠和压杆直径均为
2.5mm并且其硬度值不得低于HRC55，下夹具10的横通孔设计为直径10mm，中心垂直孔14选取4_并倒有半径为Imm的的圆角，经过试验，半径为O. 5mm的圆角也能达到同等良好的
エ艺效果。本发明的小冲杆法应カ腐蚀试验装置可以安装到现有的万能试验机(即拉伸试验机)上实现加载。具体实施时，先将筒体11固定在万能试验机下夹头上。进ー步组装小冲杆模具，先将试样9安放在下夹具10的底座凸台12上，然后盖上上夹具6并用螺栓固接，之后从上夹具的中心通孔依次放入钢珠8和压杆5。进ー步将组装好的小冲杆模具安放在已经固定好的筒体的底座凸台12上。进ー步注入腐蚀介质,介质高度应高于小冲杆下夹具10以保证试样在实验过程中始終浸没在环境介质中。进ー步将顶盖4与筒体11以螺栓固接。进 一步将载荷压头I安装在万能试验机上夹具上并以间隙配合方式通过顶盖中心孔向小冲杆压杆靠近。若腐蚀液有温度要求，还可在筒体11外部套上连有加热控温装置7，同时顶盖上可根据需要开有测温孔2，将温度计嵌入木塞后者缠绑密封带后再塞入孔进行测温防止溶液在测温孔大量挥发。冷凝管包缠聚四氟こ烯胶带后塞入冷凝孔3进行冷凝回流以保证筒体内溶液浓度维持恒定。如溶液无温度要求并且没有挥发性则可以不安装顶盖和加热温控装置等。加载过程通过万能拉伸试验机夹持载荷压头向下冲压实现，对于小冲杆法应カ腐蚀敏感性评估而言其载荷压头的下降速率应控制在10_2 10_5mm/min，这比传统的慢拉伸法具有更快的试验速度。请參阅图11，为使用本发明装置及前述实验方法前提下获取的小冲杆载荷位移曲线，具体实验条件为待测试样304L不锈钢在空气和lmol/L NaCl+0. 5mol/L HCl溶液中分别进行常规力学性能测试和SCC敏感性测试，速率3X 10_3mm/min，试验温度均为室温。可以清楚地发现，该装置和技术方案可以有效、快速地对材料的抗SCC性能进行评估，并且具有良好的数据重复性。综上所述仅为发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。
权利要求
1.一种基于小冲杆测试技术的应カ腐蚀敏感性评估装置，包括一筒体，一设置于筒体内、用以夹持待测试样的夹具，及置于待测试样之上的施压装置，其特征在于，夹具内部存在一腔体，该夹具内部腔体一端同筒体内腔连通，一端连通至待测试样。
2.根据权利要求I所述的应カ腐蚀敏感性评估装置，其特征在于，所述夹具包括分别设置于待测试样上方的上夹具和待测试样下方的下夹具，所述夹具内部腔体设置于下夹具内。
3.根据权利要求2所述的应カ腐蚀敏感性评估装置，其特征在于，所述下夹具内部腔体包括一贯穿下夹具的横通孔，及同该横通孔连通穿出下夹具上表面的垂直孔。
4.根据权利要求3所述的应カ腐蚀敏感性评估装置，其特征在干，所述横通孔直径为.8 12mm,垂直孔为4mm。
5.根据权利要求3所述的应カ腐蚀敏感性评估装置，其特征在干，所述垂直孔其出ロ处为倒圆角设计。
6.根据权利要求4所述的应カ腐蚀敏感性评估装置，其特征在于，所述圆角为半径为I或O. 5mm的圆角。
7.根据权利要求I所述的应カ腐蚀敏感性评估装置，其特征在于，所述施压装置穿过所述夹具同待测试样接触，所述施压装置包括一载荷压头及其延伸、以便向待测试样施压的压杆，所述压杆同待测试样间设有一钢珠。
8.根据权利要求7所述的应カ腐蚀敏感性评估装置，其特征在于，其压杆和钢珠的直径为2. 5mm。
9.根据权利要求I所述的应カ腐蚀敏感性评估装置，其特征在于，所述装置设有ー顶盖，该顶盖上设有冷凝孔及测温孔，并在装置外部设有ー加热控装置以控制筒体内部温度。
10.根据权利要求I所述的应カ腐蚀敏感性评估装置，其特征在于，所述待测试样尺寸为直径IOmm,厚度O. 5±0· Olmm的小圆片。
全文摘要
本发明涉及一种基于小冲杆测试技术的应力腐蚀敏感性评估装置，该装置包括一筒体，一设置于筒体内、用以夹持待测试样的夹具，及置于试样之上的施压装置，夹具内部存在一腔体，该夹具内部腔体一端同筒体内腔连通，一端连通至待测试样。通过使用该装置，配合特定的取样装置可以对在役设备进行近乎无损的、快速的抗应力腐蚀性能评估，可以有效地解决微小试样和单面处理试样的应力腐蚀敏感性评估难的问题。本发明经过大量实验检验，数据稳定可靠，试验周期短(几小时至十数小时不等)，比慢拉伸方法更快速可靠。装置简单，易于制造加工，存放、安装方便，操作便利，可控性好。
文档编号G01N17/00GK102692373SQ20121019691
公开日2012年9月26日 申请日期2012年6月14日 优先权日2012年6月14日
发明者关凯书, 白涛, 陈鹏 申请人:华东理工大学