内壁强化对TA16钛合金传热管断裂韧度的影响

采用TA16传热管制备的直流蒸汽发生器是新一代核动力装置的核心部件。为提高管材的内壁质量,目前采用内绞、喷砂等数道表面加工程序,生产成本大幅升高。为简化工艺流程,降低生产成本,开展针对TA16管材的内壁强化技术研究。同时为了确定内壁强化对管材断裂韧性的影响,提出一种含双边轴向裂纹管(DEAT)试样,通过弹塑性有限元分析建立DEAT试样的应力强度因子K和J积分的计算表达式,通过建立的试验方法完成内壁强化前后TA16传热管的J-R曲线测试,获得内壁强化前后TA16传热管的断裂韧性参数。试验后采用SEM、EBSD、TEM及纳米压痕分析内壁强化对管材微观组织和性能的影响。研究结果表明:强化后TA16管内壁从表面沿径向形成100~200μm的纳米超细晶区和孪晶变形区,显著提高了管材的内壁质量,但由于表层的硬度升高,导致传热管的断裂韧度整体水平有所下降。研究结果可为TA16管材的质量提升、安全性评价及性能退化评估奠定技术基础。

TA16传热管的断裂韧度测试方法研究

近年来,以蒸汽发生器传热管为代表的小尺寸管材的断裂韧度评价方法受到了日益关注。本文设计了一种可用于TA16传热管断裂韧性测试的含径向裂纹C形试样,基于弹塑性有限元分析获得试样的应力强度因子K和J积分的计算式。采用规则化法完成了TA16传热管的断裂韧度试验,试验结果表明,不同试样得到的J阻力曲线和条件启裂韧度JQ的分散性均较小,JQ均值为32.875 MPa·mm,标准差为1.377 MPa·mm。