U-50Zr螺旋十字燃料热力耦合特性分析

为了提升现有压水堆的功率水平和安全裕量,本文提出了一种基于U-50Zr合金材料的螺旋十字燃料。本文基于分子动力学原理,对带孔隙U-50Zr合金的杨氏模量和热导率进行了预测;并将该预测结果植入到有限元多物理场耦合模拟中,对U-50Zr合金材料下螺旋十字燃料的热力性能进行了分析。分子动力学仿真结果显示:孔隙效应会降低U-50Zr合金材料的杨氏模量和热导率;但由于U-50Zr合金的辐照肿胀率和螺旋十字燃料温度较低,故辐照导致的孔隙效应并不明显,因此,燃料的温度场在整个寿期内较稳定。此外,在自接触影响下,螺旋十字燃料在包壳翼尖区域出现较大的应力峰值,且最大应力为326.7 MPa,低于锆合金材料的断裂极限。U-50Zr的螺旋十字燃料拥有不错的抗辐照热力响应特性,具备一定的应用前景。

Ti-Cu-Ni-Nb-Al-Zr-Hf非晶钎料合金真空钎焊Ti_(50)Al_(50)接头的界面组织与剪切强度

在钎焊温度1140~1220℃、钎焊时间30 min的工艺参数下,采用Ti-9.5Cu-8Ni-8Nb-7Al-2.5Zr-1.8Hf(质量分数,%)非晶钎料成功实现了Ti_(50)Al_(50)(at%)合金的真空钎焊连接,并研究了钎焊温度对钎焊接头的显微组织、剪切强度的影响规律。结果表明,在任何钎焊温度下获得的Ti_(50)Al_(50)钎焊接头均有3个界面反应层且每个反应层都含有α_(2)-Ti_(3)Al和Ti_(2)Cu(Ni)2个物相。随着钎焊温度的增加,α_(2)-Ti_(3)Al和Ti_(2)Cu(Ni)在钎焊接头中的尺寸与分布发生了明显的变化,尤其是等温凝固层Ⅱ中的Ti_(2)Cu(Ni)相。1200℃下稳定存在的连续α_(2)-Ti_(3)Al层Ⅰ对母材和钎料原子的相互扩散具有阻隔壁垒作用,温度一旦超过1200℃,α_(2)-Ti_(3)Al相变得不稳定使得连续α_(2)-Ti_(3)Al层被打破从而失去阻隔壁垒效应。在钎缝中析出且弥散分布的α_(2)-Ti_(3)Al对焊缝中物相的形成可以起到抑制形核和细化晶粒的作用。随着钎焊温度升高,Ti_(50)Al_(50)钎焊接头平均抗剪切强度先增加后减小,在钎焊温度1180℃、钎焊时间30 min时钎焊接头的抗剪切强度最大,达184 MPa。剪切断口表面呈典型解理断裂特征且α_(2)-Ti_(3)Al占绝大多数。