蠕变试验机蠕变断裂韧性测试功能开发项目成果介绍

公共技术中心承担的中国科学院仪器设备功能开发技术创新项目——蠕变试验机蠕变断裂韧性测试功能开发，已顺利通过专家组验收，并获评上海材料与制造大型仪器区域中心2025年度“优秀项目”。

该项目针对现有的蠕变试验机无法测量高温蠕变断裂韧性的技术难题，在保留设备原有功能的基础上，通过创新设计并搭建直流电位法蠕变裂纹测试系统、夹持系统、绝缘系统等器件与蠕变试验机相互整合，形成一套有效测量材料的蠕变断裂韧性的测量装置。实现高温下测量蠕变裂纹长度和蠕变裂纹扩展速率的功能，从而获得其高温蠕变断裂韧性。功能拓展后装置效果图如图1所示。

图 1 直流电位法蠕变断裂韧性测试功能扩展后的蠕变试验

其基本物理原理是通过向含有预制裂纹的试样（如紧凑拉伸CT试样）施加极其稳定的直流恒电流，随着高温测试的进行，试样内部裂纹逐渐向前扩展，导致未开裂的有效导电截面积逐渐减小，从而使裂纹两端的电阻微幅上升。通过引出线实时、高频地捕捉这一微伏级别的电位差变化，系统便能以极高的分辨率连续换算出裂纹的实际长度。功能拓展后部分试验数据结果如图2所示。

图 2 (a) GH3535合金650℃的蠕变断裂韧性试验电压和时间的关系曲线; (b) GH3535合金650℃的蠕变裂纹扩展增量和时间的关系曲线

该项目提升仪器的使用范围及功能，新增直流电位高温裂纹扩展检测系统，使得设备可以测量高温下蠕变裂纹长度和蠕变裂纹扩展速率，从而获得其高温蠕变断裂韧性。

项目执行期间发表文章3篇，其中以通讯作者发表了1篇文章（Material at High Temperature）、以合作作者发表了2篇文章（Materials Science & Engineering A、钢铁）。项目通过功能开发，新增高温蠕变断裂韧性测试能力，为后续钍基熔盐堆用结构材料的高温蠕变裂纹扩展行为提供关键测试手段，支撑熔盐堆蠕变数据获取和机制研究；同时，相关方法可为第四代先进核能反应堆其他类型高温材料性能评价提供方法学支持。