表面处理对锆合金性能的影响

介绍了锆合金的表面处理技术,讨论了各种表面处理技术对于锆合金表层结构和合金元素分布的影响及改善锆合金性能的机理,提出了进一步研究的建议。

Zr-4合金a-Zr固溶体中的Fe、Cr含量分析

将电化学分离Zr-4合金中Zr(Fe,Cr)2第二相粒子的技术和原子吸收光谱分析技术相结合,建立了一种分析Zr-4合金a-Zr固溶体中Fe、Cr含量的新方法,并用这种新方法分析了不同热处理状态下Zr-4合金a-Zr固溶体中的Fe、Cr含量。分析结果表明,随着淬火温度的增加,a-Zr固溶体中的Fe、Cr含量和Fe/Cr比值均增加,而Zr(Fe,Cr)2第二相粒子中的Fe/Cr比值则相应降低。结合以前的工作,可得结论:过饱和固溶在a-Zr固溶体中的Fe、Cr含量对Zr-4合金的耐水侧腐蚀性能有重要影响。

Zr-4合金应力松弛过程中的热激活变形与动态应变时效

采用应力松弛实验研究了Zr-4合金的热激活变形与动态应变时效现象.结果表明,合金在应力松弛过程中的塑性变形速率随松弛时间的增加而减小,塑性变形速率和松弛结束时的应力降低比率在623 K附近都会出现最小值.对位错运动的激活体积分析发现,锆合金中位错运动的速率控制机制是位错克服溶质原子的障碍,动态应变时效会导致位错运动的激活体积增大, 623 K附近动态应变时效最为显著,位错密度会对合金的动态应变时效产生影响.

锆合金氧化膜研究进展

简述了锆合金氧化膜的物相组成和转变及其对锆合金耐腐蚀性能的影响。并重点论述了锆合金的化学成分、热处理制度、表面改性技术及工作条件对锆合金氧化膜和耐腐蚀性能的影响。

新型高温锆合金在过热蒸汽中的腐蚀性能

研究了不同含量的Zr-Fe-Cr合金的显微组织及其在500℃,10.3MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能。结果表明,Zr-Fe-Cr合金经过真空熔炼、β淬火、真空包覆热轧和冷轧,以及真空退火处理得到的组织主要为α-Zr基体和弥散分布的Zr(Cr,Fe)2粒子。在500℃,10.3MPa过热水蒸汽中,含有少量合金元素的Zr-0.2Fe-0.1Cr和Zr-4合金会发生疖状腐蚀,而含有适当Fe、Cr的Zr-Fe-Cr合金为均匀腐蚀。Zr-1.0Fe-0.6Cr合金耐蚀性最好,其耐过热蒸汽腐蚀能力优于N18和Zr-4合金;含Fe、Cr元素不同的锆合金试样由于成分不同,耐腐蚀性能也有明显差别,说明调整合金成分是改善锆合金在500℃,10.3MPa过热蒸汽中耐腐蚀性能的主要途径。

膜厚对溅射铬膜与锆合金基体附着性的影响

研究了膜层厚度对锆合金基体上制备的直流磁控溅射铬膜附着性的影响。用扫描电镜观察了界面形貌,用原子力显微镜观察了膜层表面形貌,用能谱仪测定了界面成分,用划痕法测定了铬膜的附着性。结果表明:膜/基界面结合良好,界面上存在成分梯度,成分升降区狭窄;随着铬膜厚度从0.5μm增加到 2.0μm,晶粒迅速长大、致密的细纤维状组织的端面出现拱形,铬膜层附着性降低约50%;但铬膜厚度达1.0μm后,晶粒长大的速度和铬膜附着性下降的速度同时趋缓,表明铬膜的附着性与其晶粒大小有明显关系。膜层厚度增加引起膜层附着性下降的主要原因是由于厚度增加所带来的膜层组织及力学性能变化和膜层应力增加。

水冷动力堆用锆合金的疲劳

锆合金是水冷动力堆核燃料元件的包壳材料和堆芯的其它结构材料。在反应堆运行时,堆功率的波动和水冷却介质的流动使燃料组件及其它构件发生循环变形,在极端情况下出现破损。本文概述了堆内锆合金包壳循环变形的特点,并综述了锆合金的循环变形行为、循环变形下的组织结构演化、疲劳裂纹的扩展以及影响疲劳寿命的因素。在此基础上,针对高性能燃料元件的发展趋势,指出了有待进一步研究解决的问题。

N18锆合金氢致裂纹延迟开裂临界温度研究

研究了N18锆合金(Zr-1Sn-0.3Nb-0.3Fe-0.1Cr)发生氢致延迟开裂(DHC)临界最大开裂温度(T_c)和临界最小止裂温度(T_h)随氢含量的变化规律;同时对裂纹尖端偏聚氢含量及静水应力和发生DHC的临界氢含量进行了理论分析,建立理论模型对临界温度进行理论计算.结果表明:N18合金发生氢致延迟开裂的临界温度介于相同氢含量下溶解固溶温度与析出固溶温度之间,且最大开裂温度小于最小止裂温度,计算的临界温度值与实验值相当吻合,因此该理论模型能够真实反映N18锆合金的氢致延迟开裂的物理过程.

织构对Zr-4合金低周寿命的影响

采用XRD测定了Zr-4合金板材的织构,用拉扭试验机分别测试了Zr-4合金板材在室温时轧向(R试样,拉伸轴平行于轧向)和横向(T试样,拉伸轴平行于横向)的低周疲劳性能,用TEM研究了Zr-4合金的疲劳亚结构。结果表明:Zr-4合金板材存在明显的织构;轧向的低周疲劳性能高于横向;在循环变形过程中,只有部分晶粒发生了塑性变形,发生塑性变形的晶粒内存在着许多位错和滑移线,T试样中的位错和滑移线比R试样更稠密。板材织构造成了R试样和T试样的低周疲劳寿命。

锆合金的低周疲劳行为及其机理

锆合金的低周疲劳寿命遵循CoffinManson关系NβfΔεp=C1。冶金状态、试验条件等皆影响锆合金的低周疲劳寿命。疲劳裂纹易在塑性应变不协调的区域形核,其扩展速率可用Paris公式表示为dα/dN=C2(ΔK)n。循环变形中的流变应力可分为摩擦应力和背应力。锆合金在循环变形中所呈现出的循环硬化、软化以及循环饱和状态主要取决于试验温度和应变幅,其作用机制各不相同。位错线、位错条带、胞结构和迷宫结构是锆合金低周疲劳典型的位错组态。

Zr合金的几种Nb表面合金化工艺的耐蚀性能研究

运用直流磁控溅射的方法在Zr-4合金表面预置Nb层,然后对其表面运用激光束、电子束和离子注入3种工艺在Zr-4合金表面添加了Nb元素,研究了相应的组织和性能,发现合金化后样品中Nb元素分布不均匀。对表面改性后的合金作了相应的热处理后,进行了极化曲线研究,结果发现：电子束合金化后形成的β-Zr相阻碍了氧的扩散,提高了合金耐蚀能力;Nb离子注入合金后,注入层中生成了ZrO2和NbN,当注入剂量在1×10^17～3×10^17个/cm2范围内时,随着注入剂量的增加,耐腐蚀能力增强。

Zr-4合金低周疲劳特性研究

研究了再结晶态Zr-4合金板材在室温和400℃下的低周疲劳特性。Zr-4合金在室温下的循环变形行为与应变幅有关,当应变幅小于0.8％时,表现为循环软化;应变幅大于0.8％时,表现为循环硬化。在400℃下均表现为循环硬化。合金在室温和400℃下,均遵循Coffin-Manson关系。在低应变幅下,室温的低周疲劳性能明显优于400℃下的低周疲劳性能,随着应变幅的增加,两者寿命趋于接近。用扫描电子显微镜观察分析了合金在室温和400℃下的疲劳断口特征。

温度对N18(NZ2)合金循环变形行为的影响(英文)

研究了200、300、400℃温度下N18(NZ2)合金的循环变形行为,同时研究了室温和400℃低周疲劳行为。结果表明:N18(NZ2)合金低周疲劳寿命Nf随着塑性应变范围?εp的增加而降低,并遵循Coffin-Manson关系:Nfβ?εp=C;N18(NZ2)合金在400℃高温下,其循环滞后回线出现锯齿状波形,即出现Portevin-LeChatelier效应。且在200、300、400℃下,合金表现出与常温下不同的循环特性,呈现出一致循环硬化的现象;在高温下,N18(NZ2)合金疲劳断口局部出现韧窝型断裂,并出现细小的二次裂纹。大量二次裂纹的存在是400℃疲劳断口的主要特征。

铌含量对锆合金组织和耐蚀性的影响

评述了铌含量对锆合金组织和耐蚀性的影响，认为含铌量是锆合金耐蚀性的重要控制因素，并影响基体晶粒的大小；时效退火析出的第二相粒子的类型、分布和体积分数随铌含量的增加而变化；一定条件下，Zr-x％Nb系合金的基体含铌量接近于平衡固溶度时，锆合金具有较好的耐蚀性。

基体表面状态对直流磁控溅射铬膜附着性的影响

在锆合金基体上制备直流磁控溅射铬膜,研究了基体宏观粗糙度、膜层沉积前的离子轰击对膜/基附着性的影响,以探讨利用铬膜改善锆合金耐蚀性的可能性。实验中,使用扫描电镜(SEM)观察了界面形貌及Zr、Cr的界面分布,用划痕法测定了铬膜的附着性,结果表明:锆/铬界面结合良好,边界清晰,成分升降区依界面形貌不同而有差异;实验获得的铬膜附着性均超过20N;在本文条件下,机械锁紧力对附着性有重要影响;基体宏观粗糙度的增加对附着性无明显影响,但表面轻微粗化有利于膜的附着性;溅射前的基体离子轰击有利于提高铬膜与基体的附着力,但轰击时间过长并无意义。

含铌锆合金熔炼工艺的研究

采用非自耗真空电弧炉熔炼新锆合金,并对成分设计、熔炼、铸态锆合金组织与硬度等进行了研究。结果表明:该工艺能够准确得到预期的化学成分,且Nb均匀分布在锆合金内;随着铌含量的增加,铸锭的硬度增大,组织变得细小,铌具有细化组织的作用。

含氢N18锆合金循环变形后的位错组态研究

应用透射电子显微镜研究了N18锆合金在室温下循环变形后的位错组态以及氢化物与位错的相互作用。结果表明,N18锆合金基体中存在着大量弥散分布的沉淀相粒子,其位错组态是一系列被沉淀相粒子钉扎住的位错线段。这些位错线段由{10 10}柱面滑移所产生。试样在变形过程中只有部分晶粒发生了塑性变形,而其它晶粒则是弹性变形。试样中的氢化物主要为面心立方结构的δ相氢化锆,氢化物与位错之间的交互作用存在着“尺寸效应”,位错的滑移能够切割过细小的氢化物,但不能穿越粗大的氢化物。

锆-4合金Masing特性的研究

为了更好地认识锆及其合金的循环变形行为及其机理,用单试样逐级加载法研究了锆-4合金在室温下的Masing特性。结果表明:锆-4合金是否出现Masing特性,取决于应变幅和材料状态。通过用Cottrell方法对滞后回线进行分析,得到了锆-4合金具有Masing特性的充分必要条件:对于任何应变幅的循环变形,在某一固定的应变值,其对应的显微组织应该都是不变的。

新锆合金热轧工艺的研究

对锆合金的热轧工艺进行了研究,采用包覆外套隔氧保护以及多道次、小压下率对合金进行热轧。对3组试样分别采用铜皮包覆,钢套普通焊合包裹,钢套真空电子束焊合包裹等隔氧保护措施,并对轧制后试样的表面氧化状况以及显微组织进行了比较和分析。研究结果表明,只要选用合适的工艺条件,就可以成功防止锆合金在热轧过程中的氧化问题,并且可将锆合金顺利轧薄至1.0 mm左右的板材;热轧后型材显微组织均匀、结构致密,无任何裂纹以及开裂现象,轧制质量好,热轧成材率高。

U_3Si_2Al弥散型燃料的辐照肿胀研究

介绍了U3Si2 Al弥散型燃料的辐照肿胀机理。将弥散型燃料的芯体视为连续基体中的微型燃料元件 ,应用裂变气体的行为机理描述燃料相中的气泡形成过程。研究结果表明 :燃料相的肿胀引起燃料颗粒和金属基体之间的力学相互作用 ,金属基体能抑制燃料颗粒的辐照肿胀。在一定辐照条件下 。