半圆形拉伸试样的研制

半圆形拉伸试样的研制 半圆形拉伸试样的研制 第l2卷第1期 2000年2月 钢铁研究 JOURNALOFIRONANDSTEELRESEARCH Vo1.12,No.1 Feb.2000 《,一 半圆形拉伸试样的研制 , 兰堕陈金陵 北京100081;2.中国原子能科学研究院6室.北京102413) (1钢铁研究总院1室, 摘要:根据辐照监督管的特定形状.设计了半圆形非标准拉伸试样.用多试样柔度法测出的常温 .值与按标准试验测得的值吻台得很好 关键词:拉仲试样;"?辐照试样 中围分于jl一.—I-标识码:A DevelopmentofSemicircle—ShapedTensileSample IUHui—sheng.XUWen—qing,CHENJin—ling (1.CeneralIron8SteelResearchInstitute.Beijing100081tChina;2.China InstituteofAtomicEnergy-Beijing102413tChina) Abstract:AccordingtOthespecialshapeoftheirradiationmonimringpipe,thesemicirc]esha ped tensilesamplesaredesigned.Thevalueofhcmeasuredbymultiplesnmpleflexibili*yme*ho dis similartOthatbystandardtest. Keywords:~ensilesample;一,lLdrradiationsample 核电站反应堆压力容器是决定核电站安全和寿 命的关键部件.它工作时需承受到较高的温度和压 力,并长期受高能快中子辐照而导致材料脆化,其设 计寿命一般为2o年以上.为确保核电站的安全,通 常需要在反应堆辐照监督管中放人一些随堆运行的 监督试样,并定期取出一部分试样进行材料力学性 能测试.同时用无损探伤技术检测压力容器中微裂 纹的数量及大小,通过裂纹容限计算,估算出压力容 器的剩余强度和剩余寿命,以确保其安全服役.因此 希望设计出能装入辐照监督管内的特殊形状的试 样 1试验材料 试验材料为上海重型机器厂为七二八"工程冶 炼的$27l钢,按ASME标准锻成200mill的板材 两次拼焊后在上海重型机器厂进行调质处理,热处 理工艺为:880C水淬.660C回火空冷取回试验材 料后对其进行了模拟压力容器的焊后热处理,热处 理工艺为:530C×80h炉冷,610C×23h空冷. 2试样形状的设计 由于辐照监督管为圆形,且管内空间有限,因此 以前做试验用的三点弯曲试样及其它几种非标准试 样无法放人管内;同时出于"热室操作的特殊需要, 试样尺寸应尽量小,且易用机械手操作.若按比例相 应缩小原试样的尺寸,则由于试样太小,不能满足最 小韧带尺寸的要求;若不按比例随意改变试样形状, 又无法保证所测结果的科学性,为解决这一问题.作 者设计了半圆形拉伸试样,并根据试样韧带尺寸要 求W--a?45l)和试样厚度要求?2口确定'?S'…" 了试样的尺寸.试样形状见图1.引发裂纹切口采用 线切割,切口端部的疲劳裂纹在高频拉伸疲劳试验 机上预制. 3试验方法与结果 根据JRRice绐出的公式一一吉(】嘲 采用多试样柔度法作.,积分的标定曲线,即可求出 怍者简介:吕惠生(1955).男.大学本科,工程师t收稿13期:1999-09-O9修订日 期:1999—1006 56—---- 塌 ? 力 , 第1期吕惠生等:半圆形拉伸试样的研制2月 一 II 田1半圆形拉伸试样的形状 Fig.1Thesemicircle—shapedtensilesample 试样的值【. 3.1J积分标定曲线 (1)采用形状,尺寸相同而裂纹长度不同的多个 试样(见表1).在材料试验机上按规定程序作拉伸 试验:将试样固定在材料试验机上加载;由载荷传感 器和位移传感器采集的信号被送至放大器放大,然 后由x—y记录仪连续记录相应的载荷和位移,从而 得到外加载荷与施力点位移曲线,即P一?曲线.图2 是由3条曲线合成的. (2)由外加载荷与施力点位移曲线计算出同一 位移量下各试样的变形能(见表1). (3)作出U—n曲线,即不同位移量下变形能随试 样裂纹尺寸变化的曲线(见图3). 1f,l (4)由公式J=一古【J计算出不同位移量?…,d 对应的值(见表2),作出J一?曲线,即积分的标 定曲线(见图4),可由它来确定形状相同的试样在 拉伸到?后试样裂纹前沿的积分值. 3.2用J积分标定曲线测算试样的',.c值 (1)将多个裂纹长度大致相同的试样在材料试 验机上分别缓慢加载,记录P一?曲线.通过控制载 表1试样的裂纹长度,韧带尺寸夏变形能 Table1Thecracklength,ligamentsizeanddeformationenergyetsamples 国2由拉伸试验得到的p-A曲线 Fig.2Theload—displacementcurveof samplesfromtensUetest 荷大小使各试样产生不同的稳定裂纹扩展量后停机 由图4查出相应的.,积分值(见表3). 卸载, (2)将试样氧化着色,使裂纹前沿留下痕迹,然 后用液氮冷冻后迅速拉断. (3)用工具显微镜测出停机卸载时相应的稳定 裂纹扩展量??,它包括裂纹开裂量和伸张区. (4)作?n曲线,即试样的阻力曲线(见图5). (5)由公式一"作出钝化曲线,其中按国 家标准取为3,一(+)/2(见图5) (6)找出阻力曲线与钝化曲线的交点,此点即开 裂点.它的纵坐标为试样的c值,由图5得出:.,一 222N/mm 1999年钢铁研究第l2卷 E E ? 之 ? 图3试样的U一口曲线 Fig.3TheU一口curveofsamples 表2不同位移?下的』值 Table2Jvaluescalculatedbydifferent displacementd O4699 09397 14o96 75.2 225.0 391.0 图4』积分标定曲线 Fig.4TheratingcurveofJvalues l结论 (1)用多试样柔度法测得$271钢半圆形非标准 58 表3试样的裂纹扩展量及相应的』值 Table3Thecrackextensionvaluesand correspondingJvalues E 目 ? 图5试样的阻力曲线和钝化曲线 Fig.5Theresistancecurveandblunting curveofsamples 拉伸试样的J一222N/ram,这与作者用20mill× 20mil1]×100mm三点弯曲试样测得的.hc一223 N/mm,钢铁研究总院测得的Jc=220N/mm及上 海"七二八"设计院测得的J=200N/ram一致. (2)半圆形非标准拉伸试样具有体积小,几何尺 寸满足辐照监督管的要求,辐照后容易取出,在"热 室"中易于用机械手操作等优点. 参考文献 [1]洪起超工程断裂力学基础[M]上海;上海交通大学出版社, 1g87 [2]橱广里,张平之,亲肖扬,等断裂力学及应mF.m].北京:中 国铁道出版社,1990. f3GB203880,利用阻力曲线确定金属材料延性断裂韧度的 试验方法[s].