N18锆合金再加工组织的EBSD分析

采用电子背散射衍射(EBSD)技术,对N18锆合金在780℃下沿原板材横向热轧、冷轧及再结晶退火过程中的晶粒组织、晶界特征及织构进行了测试和分析。结果表明:N18锆合金板材在热轧、冷轧后为长条状形变晶粒和一些细小动态再结晶晶粒,并出现大量的小角度晶界,交叉轧制织构基本上保持了原板材的织构特点,只是基面织构有所增强。580℃,3 h退火后出现大量再结晶晶粒,并且大角度晶界增加,其基面织构有所下降,但依然占据主导地位。

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.

N18锆合金在600～1200℃蒸汽中的氧化行为研究

研究了我国自主研发的N18锆合金在600～1200℃蒸汽中的氧化动力学曲线随温度及时间的变化规律。结果表明,温度低于700℃时,N18锆合金的氧化遵从抛物线规律;温度达到800℃时表现为抛物线-线性关系;950℃时由抛物线关系转变为立方指数关系;在1050℃时氧化速率指数快速下降至2.3,即为近似抛物线关系;高于1100℃后,氧化速率指数保持在2.1～2.2之间,即抛物线关系。分析认为N18锆合金比Zr-4合金耐氧化,且前者氧化速率的转折所需时间比后者更长。

N18锆合金的单轴拉伸和应力松弛性能

本工作试验研究20-700℃、不同应变加载速率下N18锆合金的单轴拉伸和应力松弛性能。结果表明，N18合金的单轴拉伸应力-应变曲线出现明显的屈服拐点，且温度低于500℃时呈现后继屈服强化，高于500℃后又呈后继屈服软化。除横向试样的断面收缩率高于轧向试样外，试样取向对N18合金的单轴性能影响不大。温度低于300℃时，N18合金的应变速率敏感性受温度的影响不大；350℃时，N18合金的敏感系数达到最小值，其后，对应变速率的敏感性随着温度的升高逐渐增强。N18合金在不同温度和应变水平下均产生明显的应力松弛。在300℃以内，最大应力松弛程度受温度影响较小，且随应变水平的增大明显降低；在350～550℃范围内，应变水平越高，对应的最大应力松弛程度越大；N18合金的最大松弛程度在350℃附近出现最小值。在350-450℃范围内，N18合金表现出明显的动态应变时效特性。

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。

N18锆合金单轴拉伸行为研究

在室温～700℃温度范围内对N18锆合金板材进行恒应变速率的单轴拉伸试验。结果表明,合金的屈服强度、抗拉强度、弹性模量、强化系数、最大均匀塑性变形量和应变强化速率均随温度的上升而逐渐下降;断面收缩率和颈缩变形量随温度的升高而不断增加;在300℃～500℃温度范围内,伸长率出现最小值,强化指数出现最大值,强度和应变强化速率呈现一定的变缓趋势,这些现象表明,合金材料在温度影响条件下出现动态应变时效现象;此外,不同加载方向(即横向和轧向)对合金拉伸力学行为产生不同的影响。

N18锆合金的氢致α/β相演化研究

用Setaram Multi HTC高灵敏热分析仪在准平衡和动态两种情况下对一组经过电解渗氢/均匀化退火处理的N18锆合金的相变进行了研究。结果表明,随着氢含量的增加,N18的α/β相转变温度逐渐降低,并且β相转变越多,氢含量的影响越小;用JMAK模型可以很好地模拟氢对N18合金相演化过程的影响。

热轧温度对N18新锆合金板材织构的影响

研究了N18新锆合金在α/(α+β)相变点附近不同热轧温度对板材织构的影响。结果表明,N18合金板材经热轧、冷轧及再结晶退火加工后,fn和fr增加,ft减小。热轧温度对织构的影响较小。热轧温度高于780℃的几块板材的织构基本一致;与热轧温度为750℃的板材相比,fn减小,ft略有增加。温度高于780℃,N18合金中出现β相,并且β相含量随温度升高而增加。750℃时热轧N18合金的形变遵循α相(hcp)的形变机制。780℃至820℃热轧,合金的织构仍由α相的变形所控制,除了锥面滑移和柱面滑移开外,还伴随高温形变机制,晶界分布的β相对晶界滑动机制有促进作用。

辐照后N18锆合金氢致延迟开裂临界温度预测

基于辐照后锆合金中H的固溶与析出浓度方程及应力诱导H扩散方程,建立了辐照后锆合金氢致延迟开裂(DHC)临界温度的预测模型.采用此模型对辐照后N18锆合金(Zr-Sn-Nb)的DHC临界温度进行预测,并与未辐照N18锆合金临界温度实验数据进行对比分析.结果表明,中子辐照后N18锆合金屈服强度和H的固溶度增加,N18合金发生DHC的敏感性增加;相同H含量条件下,辐照后N18合金的临界温度最高上升幅度接近20℃;辐照后N18锆合金临界温度变化规律与未辐照实验结果相似,其临界温度介于相同H含量下完全固溶的温度与氢化物析出时的温度之间,且最高开裂温度T_c低于最低止裂温度T_h.

组织对N18新锆合金的碘致应力腐蚀行为的影响

通过两种热处理方法 (去应力和再结晶退火 )得到的组织不同的两种N18新锆合金板材 ,研究它们在 4 0℃I2 蒸汽介质中、分别为 30 0℃、35 0℃和 4 0 0℃的实验温度条件下的应力腐蚀行为。实验过程中动态监测应力腐蚀裂纹的长度。对实验后的试样进行了断口分析。研究表明 :去应力状态的N18新锆合金在 35 0℃时的抗碘致应力腐蚀的能力优于 30 0℃时的抗碘致应力腐蚀的能力。而对于再结晶状态的N18新锆合金则是 35 0℃时的抗碘致应力腐蚀的能力优于 4 0 0℃时的抗碘致应力腐蚀的能力。断口形貌主要是以穿晶准解理扩展为主。

再加工工艺对N18锆合金板残余应力的影响

采用"热轧+冷轧+退火"工艺对N18锆合金板进行再加工,通过X射线法分析板的表面残余应力,采用EBSD技术分析晶界取向差角分布和大小角度晶界。结果表明,热轧后N18锆合金板的表面残余应力呈现无规律分布状态;冷轧后板的表面残余应力均为压应力,其大小随着冷轧变形量的增加而增加;退火后板的表面残余应力值处于较低水平,当退火制度为500℃×2 h时,残余应力处于最低水平;退火后,板的微观结构以小角度晶界为主,且随着退火温度的升高,小角度晶界的密度先增加后趋于稳定。

含双边轴向裂纹N18锆合金薄壁管的蠕变裂纹扩展行为研究

通过对含双边轴向裂纹管(DEAT)试样及其加载装置进行设计,基于能量等效和载荷分离原理获得了DEAT试样的能量率回路积分(C^*积分)表达式,从而建立了含轴向裂纹薄壁管的蠕变裂纹扩展速率测试方法。基于此方法,采用DEAT试样完成了N18锆合金薄壁管在350℃不同载荷水平下的蠕变裂纹扩展试验。结果表明,蠕变载荷会显著影响N18锆合金的蠕变裂纹扩展速率;蠕变裂纹扩展可分为稳态扩展和快速扩展2个阶段;蠕变裂纹扩展速率(da/dt)与C^*积分存在良好的幂律关系,可用于预测N18锆合金管蠕变裂纹扩展行为。

热轧对N18合金板材显微组织及织构的影响

本文以我国自主开发的Zr-Sn-Nb系N18锆合金为研究对象,利用配备在扫描电镜中的EBSD自动分析技术,研究了该合金板材在750℃、780℃、820℃下热轧过程中的晶粒组织、晶界特征及微织构的演化规律。结果表明,N18合金板材在热轧过程中发生了动态回复及局部动态再结晶,并产生了大量的小角度晶界及亚结构等缺陷,且热轧温度越高其动态再结晶晶核的密度越高,缺陷密度有所增加。N18合金板材的织构类型主要为(0002)[12 10]和(0002)[10 10]基面织构以及(10 14)[12 10]锥面织构。热轧样品中观察到了(10 11)[1012]压型孪生,说明压型孪生变形促进了N18合金热轧变形。

N18合金板材加工后的显微组织及织构EBSD研究

利用配备在扫描电镜中的电子背散射衍射(EBSD)自动分析技术,研究N18锆合金板材在750、780、820℃下热轧、冷轧及580℃再结晶退火过程中的晶粒组织、晶界特征及微观织构的演化规律。结果表明,N18合金板材在热轧过程中发生了动态回复及局部动态再结晶,并产生了大量的小角度晶界及亚结构等缺陷,且热轧温度越高其再结晶晶核的密度越高,缺陷密度有所增加。再结晶退火过程中,N18合金板材的小角度晶界及亚结构等缺陷的密度随退火保温时间的延长而减小,但缺陷的密度仍较原板材高,说明其没有完全再结晶。热轧样品中观察到了{10 11}<10 12>压型孪生,说明压型孪生变形促进了N18合金热轧变形。再结晶退火过程中,N18合金板材的基面织构密度随保温时间的延长而降低,锥面织构的密度则变化不大。