專(zhuān)利名稱(chēng)：一種材料離子輻照力學(xué)性能測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料力學(xué)測(cè)試技術(shù)，具體涉及一種材料離子輻照力學(xué)性能測(cè)試方法，尤其適用于聚變堆結(jié)構(gòu)材料的輻照力學(xué)性能測(cè)試。
背景技術(shù)：
聚變堆結(jié)構(gòu)材料如包層或第一壁結(jié)構(gòu)材料在服役時(shí)要承受聚變反應(yīng)放出的高能(14MeV)、高劑量(1023n · cm_2)中子的輻照，這會(huì)導(dǎo)致材料的組織惡化，比如成分偏析、輻照相變、輻照腫脹、輻照誘導(dǎo)位錯(cuò)環(huán)析出等，這些組織的變化最終會(huì)導(dǎo)致材料力學(xué)性能如強(qiáng)度、延性、韌性的降低和使用壽命的縮短，嚴(yán)重危及到聚變堆運(yùn)行的安全性能，因此，在聚變堆最終走上商業(yè)應(yīng)用之前，材料輻照組織性能研究就顯得格外重要。目前，國(guó)內(nèi)外中子源非常有限，中子的能量和劑量也達(dá)不到聚變堆的要求，以及中子輻照長(zhǎng)耗時(shí)性等特點(diǎn)嚴(yán)重限 制了現(xiàn)存中子源用于材料的組織和性能的研究應(yīng)用。離子輻照則與中子輻照類(lèi)似，通過(guò)碰撞產(chǎn)生的初始撞出原子是材料本身的原子核，可以用于模擬中子輻照的效果，因此，為了克服中子輻照上述缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外大量的科研人員都采取離子輻照模擬中子輻照研究材料的組織和性能變化規(guī)律及機(jī)理。與中子輻照相比，離子輻照存在一個(gè)顯著的缺點(diǎn)就是離子穿透能力非常有限，通常在材料中只能穿透幾百個(gè)納米，因此，加工的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣(例如尺寸為05mmX25mm)或V型或U型沖擊試樣(例如尺寸為IOmmX IOmmX 50mm)經(jīng)過(guò)離子輻照后進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試得到的數(shù)據(jù)與未輻照的相同的試樣測(cè)試得到的力學(xué)數(shù)據(jù)非常接近，也就是說(shuō)，由于標(biāo)準(zhǔn)拉伸或者沖擊試樣很厚，輻照對(duì)力學(xué)性能的影響很難反映出?？傊Ｒ?guī)的材料力學(xué)性能評(píng)價(jià)方法根本不適用于材料離子輻照力學(xué)性能的評(píng)價(jià)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種材料離子輻照力學(xué)性能測(cè)試方法，通過(guò)該方法獲得的力學(xué)性能數(shù)據(jù)能夠反映出離子輻照對(duì)材料力學(xué)性能的影響，此方法能夠解決材料離子輻照力學(xué)性能難評(píng)價(jià)的難題，通過(guò)這種方法獲得的材料離子輻照的力學(xué)性能數(shù)據(jù)能為先進(jìn)聚變堆結(jié)構(gòu)材料的成分優(yōu)化設(shè)計(jì)及制備工藝調(diào)整提供指導(dǎo)作用。本發(fā)明提供的一種材料離子輻照力學(xué)性能測(cè)試方法，其步驟包括第I步在待測(cè)試試樣的上加工一個(gè)U形缺口 ；待測(cè)試試樣的上表面寬度為D2，U形缺口底部到下表面A面的距離為Dl，U型缺口的寬度為 LI ；D2 = 10mm+ 5mm, Dl < O. 06mm，LI = O. 2mm±0. 05mm ;第2步測(cè)量待測(cè)試試樣的U型缺口底部至下表面的實(shí)際距離dl和上表面實(shí)際寬度d2 ；第4步再將待測(cè)試試樣進(jìn)行雙面離子輻照；第5步將輻照后的待測(cè)試試樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，獲取測(cè)試數(shù)據(jù),輻射后材料的抗拉強(qiáng)度Rm = F/(dlXd2)，其中Rm為材料的抗拉強(qiáng)度，F(xiàn)為拉伸曲線(xiàn)圖上確定實(shí)驗(yàn)過(guò)程中達(dá)到的最大力。作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，待測(cè)試試樣的長(zhǎng)度L2為80mm±20mm，厚度D3為
O.3mm + O. Imnin本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于通過(guò)在輻照試樣表面開(kāi)一個(gè)小缺口，一方面可以減小材料輻照面的厚度至Dl薄，使得輻照對(duì)材料的力學(xué)性能的影響不能忽略，另一方面，這個(gè)缺口具有敏感性，能夠擴(kuò)大輻照對(duì)材料力學(xué)性能的影響，也就是說(shuō)，與未輻照試樣相比，輻照試樣力學(xué)性能數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生明顯差別。通過(guò)研究材料輻照力學(xué)性能變化規(guī)律，能為先進(jìn)鋼鐵材料成分優(yōu)化設(shè)計(jì)及制備工藝改進(jìn)提供科學(xué)參考，因此，本發(fā)明提供的方法具有重要的實(shí)用意義。


圖I為輻照試樣示意圖，其中，(a)為主視圖，(b)為俯視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供的一種材料離子輻照力學(xué)性能測(cè)試方法，先測(cè)量出待輻照試樣U形缺口底部至下表面的實(shí)際厚度Dl及試樣的實(shí)際寬度D2，再將此試樣放入離子注入機(jī)中進(jìn)行了雙面輻照，然后用萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)或沖擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，沖擊試驗(yàn)獲得的沖擊功直接用以評(píng)價(jià)材料輻照的韌性，而材料的強(qiáng)度則需要進(jìn)行計(jì)算。其具體步驟包括第I步在待測(cè)試試樣的上加工一個(gè)U形缺口，該U形缺口底部到下表面A的距離為D1，U型缺口的寬度為L(zhǎng)I，各實(shí)際的尺寸公差小于5%，下表面光潔度不低于3級(jí)，其結(jié)構(gòu)如圖I所示。該試樣長(zhǎng)L2，寬D2，厚D3，試樣正中間開(kāi)U形狀，U形缺口寬LI，U形缺口底部距離試樣下表面Dl (詳見(jiàn)圖I所示)，試樣表面及缺口內(nèi)油污要清洗干凈，側(cè)面要磨光亮。具體尺寸LI= O. 2mm±O. 05mm, L2 = 80mm±20mm, Dl < O. 06mm, D2 =10mm + 5mm, D3 = 0. 3mm + 0. Imm加工好的待測(cè)試試樣側(cè)面應(yīng)磨光亮，以便于顯微鏡下觀察,并將待測(cè)試試樣清洗干凈;第2步將U型缺口底部至下表面的距離Dl和上表面寬度D2實(shí)際測(cè)量出來(lái)，分別記為dl、d2 ；第3步將上述試樣放入離子注入機(jī)中進(jìn)行雙面離子輻照。第4步將輻照試樣通過(guò)萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)或者沖擊試驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，獲取測(cè)試數(shù)據(jù)，輻射后材料的抗拉強(qiáng)度Rm需要計(jì)算而韌性可以采取沖擊功進(jìn)行評(píng)價(jià)，其抗拉強(qiáng)度計(jì)算公式為Rm = F/ (dl X d2)，其中Rm為材料的抗拉強(qiáng)度，F(xiàn)為拉伸曲線(xiàn)圖上確定實(shí)驗(yàn)過(guò)程中達(dá)到的最大力，dl為U型缺口底部至下表面的實(shí)際厚度，d2為試樣實(shí)際測(cè)量寬度。下面通過(guò)借助實(shí)施例更加詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，但以下實(shí)施例僅是說(shuō)明性的，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受這些實(shí)施例的限制。實(shí)例I :將淬火+回火處理過(guò)的華中科技大學(xué)自主開(kāi)發(fā)的SCRAM鋼(O. lwt. % C-9. 3%Cr-2. 26% ff-V-Ti-Ν)按圖I所示加工成輻照試樣，加工數(shù)量為3個(gè)，3個(gè)試樣下表面光潔度級(jí)別為3. 1，側(cè)面(D3XL1的面)經(jīng)過(guò)細(xì)砂紙磨光亮，然后將試樣放入到超聲波清洗槽中先用汽油清洗O. 5h，之后換成丙酮清洗lh，再將清洗干凈的試樣通過(guò)顯微鏡進(jìn)行測(cè)量，試樣U型缺口底部至下表面的距離Dl分別為O. 046mm,O. 052mm,O. 065mm,并通過(guò)游標(biāo)卡尺測(cè)出試樣寬度D2分別為10. Olmm, 10. 02mm, 9. 96mm然后將試樣放入離子注入機(jī)中進(jìn)行雙面鐵離子輻照，輻照溫度定為300°C，劑量為5dpa，待輻照完畢后取出試樣通過(guò)萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)(型號(hào)H3-C3-2. 0t-3B-C)對(duì)其進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)得到拉伸曲線(xiàn)圖，從圖上得到實(shí)驗(yàn)過(guò)程中最大力分別為 358. 5Ν，406· 5Ν，459· 8Ν，最后通過(guò)公式 Rm = F/ (D1XD2)計(jì)算 Rm 分別為 778. 6MPa，780. 17MPa，710. 2MPa。試樣的Dl < O. 06mm時(shí)，結(jié)果比較集中，具有一定的可信性。實(shí)例2 將淬火+ 回火處理過(guò)的 SCRAM 鋼(O. lwt. % C-9. 3% Cr~2. 26% W-V-Ti-N)按圖I所示加工好輻照試樣，試樣數(shù)量為3個(gè)，試樣下表面光潔度級(jí)別為3. 2，側(cè)面(D3XL1的面)經(jīng)過(guò)砂紙磨光亮，然后將試樣放入到超聲波清洗槽中先用汽油清洗lh，之后換成丙酮 清洗O. 5h，再將清洗干凈的試樣通過(guò)顯微鏡進(jìn)行測(cè)量，試樣U型缺口底部至下表面的距離Dl分別為O. 059mm, O. 054mm, O. 066mm,并通過(guò)游標(biāo)卡尺測(cè)出試樣寬度D2分別為10. OOmm,10. 03mm，10. 04mm，然后將試樣放入離子注入機(jī)中進(jìn)行雙面鐵離子輻照，輻照溫度定位450°C，劑量為lOdpa，待輻照完畢后取出試樣通過(guò)沖擊試驗(yàn)機(jī)(型號(hào)XJJ_5)對(duì)其進(jìn)行沖擊實(shí)驗(yàn)，獲得的沖擊功分別為I. 12J，1.09J，1.22J。試樣的Dl < O. 06mm時(shí)，結(jié)果比較集中，具有一定的可信性。以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開(kāi)的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開(kāi)的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種材料離子輻照力學(xué)性能測(cè)試方法，其步驟包括 第I步在待測(cè)試試樣的上加工一個(gè)U形缺口； 待測(cè)試試樣的上表面寬度為D2，U形缺口底部到下表面A面的距離為Dl，U型缺口的寬度為 LI ；D2 = 10mm + 5mm, Dl < O. 06mm，LI = O. 2mm±0. 05mm ; 第2步測(cè)量待測(cè)試試樣的U型缺口底部至下表面的實(shí)際距離dl和上表面實(shí)際寬度d2 ； 第4步再將待測(cè)試試樣進(jìn)行雙面離子輻照； 第5步將輻照后的待測(cè)試試樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，獲取測(cè)試數(shù)據(jù),輻射后材料的抗拉強(qiáng)度Rm = F/(dlXd2)，其中Rm為材料的抗拉強(qiáng)度，F(xiàn)為拉伸曲線(xiàn)圖上確定實(shí)驗(yàn)過(guò)程中達(dá)到的最大力。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的材料離子輻照力學(xué)性能測(cè)試方法，其特征在于，待測(cè)試試樣 的長(zhǎng)度 L2 為 80_±20mm,厚度 D3 為 O. 3_±0. 1mm,厚度 Dl < O. 006mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的材料離子輻照力學(xué)性能測(cè)試方法，其特征在于，待測(cè)試試樣為聚變堆結(jié)構(gòu)材料。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種評(píng)價(jià)材料離子輻照力學(xué)性能的方法。該方法包括首先加工好特定的輻照試樣，然后測(cè)得輻照試樣U型缺口底部至下表面的實(shí)際厚度D1及試樣寬度D2，再將試樣放入到離子注入機(jī)中進(jìn)行雙面輻照，輻照后的試樣進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)和沖擊實(shí)驗(yàn)，獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最后將獲得的數(shù)據(jù)用于評(píng)價(jià)材料的力學(xué)性能，其中材料的韌性用沖擊實(shí)驗(yàn)獲得的沖擊功進(jìn)行評(píng)價(jià)，而材料的強(qiáng)度用下面方法得到Rm＝F/(D1×D2)，其中Rm為材料的抗拉強(qiáng)度，F(xiàn)為拉伸曲線(xiàn)圖上確定實(shí)驗(yàn)過(guò)程中達(dá)到的最大力。本發(fā)明解決材料離子輻照力學(xué)性能難以評(píng)價(jià)的難題，具有重要的科研價(jià)值。
文檔編號(hào)G01N3/30GK102967507SQ20121044530
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月9日
發(fā)明者索進(jìn)平, 楊峰, 鄒星榮 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)