辐照用小尺寸样品力学性能表征技术研究进展

由于辐照空间尺寸限制、降低样品放射性和提高辐照参数精度等原因,小尺寸样品被广泛应用于核反应堆材料的辐照后力学性能表征。本文就国内外小尺寸拉伸、冲击、断裂韧性、疲劳、蠕变和小冲杆等测试表征技术的研究现状进行了综合论述,分析了小尺寸样品测试中的关键影响因素以及数据归一化方法,总结了小尺寸样品存在的问题,并结合我国需求对小尺寸样品技术的发展进行了分析和展望,以期为小尺寸样品技术及测试分析数据进一步规范化和工程应用发展提供参考。

A508-Ⅲ钢小尺寸样品拉伸行为的有限元辅助测试方法研究

为了克服拉伸样品尺寸减小所带来的尺寸效应的影响,本文对A508-Ⅲ钢小尺寸样品的拉伸行为进行了研究。通过改变A508-Ⅲ钢的热处理温度制备了不同晶粒尺寸和样品厚度的小尺寸样品,进行了小尺寸样品的室温拉伸测试,分析了晶粒尺寸和样品厚度对小尺寸样品拉伸力学性能的影响,并揭示了其潜在的拉伸尺寸效应机理。结果表明,由于小尺寸样品厚度和晶粒尺寸的变化,导致其拉伸力学性能表现出明显的尺寸效应;通过引入综合表征样品特征尺寸和晶粒尺寸效应的影响参数,构建了考虑尺寸效应的Swift力学本构模型;采用有限元辅助测试方法确定了小尺寸样品的延性损伤演变参数,数值与实验结果误差小于3%;基于建立的力学本构模型,利用有限元方法预测了小尺寸样品的拉伸力学性能,构建了其屈服强度与抗拉强度的归一化模型,以期为小尺寸样品的工程应用提供借鉴。

耦合晶体取向及样品尺寸效应A508-Ⅲ钢的室温力学本构模型构建

为满足反应堆压力容器监测试样小型化的需求,需要建立小尺寸样品与标准试样之间的力学性能关系模型,本文对A508-Ⅲ钢小尺寸样品和标准试样的拉伸力学行为进行了分析,采用电子背散射衍射(EBSD)对样品拉伸前后的晶体取向演变规律进行了定量表征,并建立了耦合晶体取向及样品尺寸效应的A508-Ⅲ钢力学本构模型。结果表明,随着样品几何尺寸的减小,拉伸试样的力学性能呈现出尺寸效应和晶体取向效应;由于小尺寸样品厚度方向上包含的晶粒数降低,表层晶粒占比不断上升,导致表层晶粒对材料力学性能的贡献占比发生变化,呈现出尺寸效应;在拉伸过程中,小尺寸样品〈110〉取向的晶粒数量增加了28%,而〈100〉和〈111〉取向的晶粒数量分别下降了9%和19%,导致晶体取向对其拉伸塑性变形和延伸率的贡献占比发生变化,产生了晶体取向效应;构建的耦合晶体取向效应及样品尺寸效应的A508-Ⅲ钢力学本构模型能准确描述小尺寸样品的拉伸力学行为,模型具有较好的准确性和可靠性,相对误差小于5%,能为后续预测小尺寸样品的拉伸力学性能及构建归一化模型提供借鉴。

国产A508-3钢小尺寸拉伸样品的拉伸颈缩行为研究

对不同厚度国产A508-3钢小尺寸拉伸样品进行了室温拉伸试验,分析了拉伸性能及颈缩段参数,并基于有限元逆运算构建了小尺寸拉伸样品拉伸过程的GTN(Gurson-Tvergaard-Needleman)细观损伤模型,研究了厚度对小尺寸拉伸样品拉伸颈缩行为的影响规律与机理。试验结果表明,小尺寸拉伸样品在变形过程中发生了弹性变形、均匀塑性变形和颈缩变形;随着样品厚度由0.75 mm降低至0.30 mm,屈服强度、抗拉强度和均匀延伸率无明显变化,非均匀延伸率及总延伸率逐渐降低,颈缩角逐渐增大,断裂角在厚度降低至0.50 mm后逐渐增大。GTN细观损伤模型中用于表征空洞形核和融合率的参数在0.30 mm样品中明显降低,此结果与小尺寸拉伸样品颈缩行为规律相互印证。

小尺寸低合金钢样中氮的化学相分析

取0.5 g经加工成规定形状及大小的钢样2份,分别用细铂丝捆扎并悬挂在盛电解液的胶棉袋中,置于电解池中作为阳极。在选定的条件下电解一定时间使样品中的氮化物分离析出并收集于胶棉袋中,与阳极上粘附的残渣合并移入玻璃管中。其中1份加浓硫酸,蒸发至冒烟,按蒸馏分离-靛酚蓝光度法测定氮含量。另1份阳极残渣溶于盐酸,用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定其中的铝含量,将上述氮及铝的测定值按所给公式换算成样品中的自由氮,碳氮化合物相及氮化铝中的氮含量。