[发明专利]一种薄壁管状材料力学性能的测试方法

说明书

本发明公开了一种薄壁管状材料力学性能的测试方法，涉及材料力学性能测试技术领域，包括：S1.从薄壁管材上切取金属薄片；S2.对S1中得到的金属薄片进行机械减薄；S3.对S2中得到的金属薄片进行机械抛光或电化学抛光；S4.将S3中得到的金属薄片固定于铜块基座上；S5.利用飞秒激光微加工系统将S4中得到的金属薄片加工得到拉伸试样；S6.将S5中得到的拉伸试样置于无水乙醇中超声清洗；S7.利用微尺度力学测试平台对S6中得到的拉伸试样进行力学测试。本发明有效解决了现有薄壁管测量方法缺乏准确性、无法精确定位测试材料的脆弱区域等问题，并且该方法得到的试样表面质量极高，便于后续的表征分析。

技术领域

本发明涉及材料力学性能测试技术领域，尤其涉及一种薄壁管状材料力学性能的测试方法。

背景技术

薄壁管状材料在工业领域内具有诸多应用，如核电站反应堆中包裹核燃料的包壳材料，在服役过程中通常仅有400～600μm的厚度，在保证反应堆安全方面具有至关重要的作用。因此，对于薄壁管状材料的力学性能的精确测量不可或缺。然而受限于管壁厚度的影响，薄壁管状材料无法进行常规的单向力学测试。目前国内外对薄壁管材力学性能的评估方法为三点弯曲实验以及管压缩实验方法。

管压缩试验方法，即通过将管材放置在平行压头之中，均匀压至规定要求的尺寸，是目前薄壁管力学性能测试应用最为广泛、最核心的方法。如将声发射法(acousticemission,AE)与管压缩实验相结合可研究出锆合金薄壁管状试样在载荷作用下的损伤积累顺序(Nikulin:Themechanismandkineticsof thefuelcladdingfailureduringloadingafterhigh-temperatureoxidation)。然而，由于应力和应变在管圆周上是不均匀的，从管压缩的载荷-位移曲线获得准确的应力-应变曲线是十分困难的。

三点弯曲试验方法，通过将薄壁管材放置于两个支撑点上，于两个支撑点的中点位置的管材的上方施加载荷，最终导致薄壁管于中点处断裂。相关研究(Kim:FailurebehaviorofZircaloy-4claddingafteroxidationandwater quench)对同种薄壁管材分别使用了三点弯曲实验与管压缩实验进行测试，通过两个实验得到的力学曲线对比，曲线大致趋势几乎是一致的，有力证实了三点弯曲实验的可靠性。值得注意的是，尽管对于某些材料而言，三点弯曲试验的受力情况更加接近材料在服役时所处的真实环境，但三点弯曲试验无法获取测试区域的最薄弱的位置。与管压缩实验相同的是，由于实验本身的限制，薄壁管材受力状态的复杂多变，对数据的准确性和重复性也有一定影响。

现有的薄壁管状材料力学性能测试方法多存在实验结果缺乏精确性、无法精确定位测试材料的脆弱区域等缺点。尤其对于实际服役中，材料的内部微观结构往往出现变化甚至分层，现有的方法仅能获得材料内部结构的平均力学响应，进一步影响实验结果的准确性和重复性。

因此，提出一种薄壁管状材料力学性能的测试方法，来解决现有技术存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种薄壁管状材料力学性能的测试方法，可以对薄壁管状材料进行单向力学测试，测试结果精确可靠。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种薄壁管状材料力学性能的测试方法，包括以下步骤：

S1.从薄壁管材上切取金属薄片；

S2.对S1中得到的金属薄片进行机械减薄；

S3.对S2中得到的金属薄片进行机械抛光或电化学抛光；

S4.将S3中得到的金属薄片固定于铜块基座上；

S5.利用飞秒激光微加工系统将S4中得到的金属薄片加工得到拉伸试样；