基于内耗和磁性测量的材料韧脆转变温度的无损检测原理和方法

The accurate measurement of ductile brittle transition temperature (DBTT) of mattelic materials is of very importance for the evaluation of safety and lifetime estimation of advanced nuclear power equipments. However, the traditional techniques for DBTT measurement are both time and materials consuming. It is very urgent to develop the small specimen method or nondestructive method for DBTT measurement, in order to break through materials limitation in the surveillance cabins of the advanced nuclear power equipments. Facing the problem that there are not any well-rounded and reliable nondestructive method for DBTT measurement, this project was launched to design and build high accuracy and high strain amplitude activated torsion pendulum, to systematically investigate the principles of the internal friction and magnetic measurement based t nondestructive methods for DBTT measurement by choosing low-alloyed steels and pure tungsten as model materials, to illustrate the physical mechanism for the variation of the key parameters (such as coercive force and critical strain amplitude corresponding to the rapid increase of internal friction with strain amplitude) with temperature and its relevance to DBTT, to build new experimental techniques for nondestructive measurement of DBTT. The results of this project would afford effective method to evaluate the DBTT change of structural materials induced by neutron irradiation nuclear reactors, as well as to afford techniques of rapid measurement of DBTT for other materials.

金属材料的韧脆转变温度（DBTT）的精确测量对先进核能装置的安全性和寿命评估具有重要意义。但是传统的DBTT测量费时费料，迫切需要发展小试样检测方法或者非破坏性检测方法来测量DBTT，以克服先进核能装置中监测仓内试样数量的限制。本项目针对迄今为止还没有比较成熟和可靠的DBTT无损检测技术的问题，在研制高精度大振幅激发多功能内耗仪的基础上，选择低合金钢和金属钨为模型材料，对基于磁性测量和内耗测量的DBTT无损检测原理和方法进行深入系统的研究，阐明关键参数（如矫顽力和内耗随应变振幅急剧上升的临界应变振幅）随温度的变化规律及其与DBTT相关性的物理本质，建立无损和快速检测材料DBTT的新实验方法和技术。本项目的研究成果将为反应堆结构材料由于中子辐照导致的DBTT改变提供快速有效的监测方法，同时也将为其它材料DBTT的快速测量提供技术手段。

精确测量金属材料的韧脆转变温度（DBTT）对先进核能装置的安全性和寿命评估具有重要意义。但是传统的DBTT精确测量费时费料，迫切需要发展小试样检测方法或者非破坏性检测方法来测量DBTT，以克服先进核能装置中监测仓内试样数量的限制。为此，本项目以发展基于磁性测量和内耗测量的DBTT无损检测方法为目标，完成了高精度大振幅激发型多功能内耗仪的设计与调试，最大应变振幅可达0.1%。对纯Al和纯Mg试样的大振幅测量结果说明，可以采用内耗-振幅曲线测量来有效地无损表征材料的屈服强度。通过在不同温度下对14Cr-ODS铁素体钢进行退火热处理，发现退火可以降低氧化物颗粒尺寸并提高颗粒分散均匀性，而且随退火温度升高，矫顽力逐渐减小。对F82H, Eurofer 97, SCRAM和T91等铁素体/马氏体钢进行了Charpy冲击、矫顽力（HC）和磁化强度（M）的测量，发现这些钢的矫顽力随温度增加而降低，其变化率在某一特征温度下发生转变，而d(lnM)/d(1/T))在一个特征温度以下基本保持不变，但在该温度以上开始出现明显下降。这些特征温度与夏比冲击试验得到的DBTT相接近。HC（或M）随温度的变化速率在DBTT附近发生明显变化，其内在物理本质是由于位错、晶界以及弥散颗粒等对磁畴钉扎的结果。因此，可以根据HC（或M）在钢韧性温区和脆性温区的变化速率不同，无损检测材料的DBTT。从内耗基本定义出发，考虑内耗随应变振幅变化的情况，重新推演了扭摆法和振簧法测量内耗和模量的基本方程，获得了采用扭摆法和振簧法测量内耗（模量）-振幅曲线的修正公式，为准确测量大应变振幅激发情形下高阻尼材料的内耗和模量提供了新的规范。本项目的研究成果将为反应堆结构材料由于中子辐照导致的DBTT改变提供快速有效的监测方法，同时也将为其它材料DBTT的快速测量提供技术手段。