基于有限元法(FEM)的Zr-4合金管材酸洗氟残留的研究

在常规锆合金管材酸洗工艺参数下,研究了Zr-4合金管材在酸洗过程中内径尺寸、取样位置、冲水温度以及缺陷深度对氟残留的影响规律,并利用有限元法(FEM)对实验结果进行了理论分析。结果表明:随着Zr-4合金管材内径的增大,管材内表面的氟残留逐渐增大;Zr-4合金管材头部、中部及尾部的氟残留基本保持一致;随着冲水温度的升高,Zr-4合金管材内表面氟残留降低;Zr-4合金管材的缺陷深度与氟残留无明显的对应关系。

径向压扁变形对Zr-4合金管材氢化物取向的影响

通过对规格为Φ10 mm×0.7 mm的Zr-4合金管材施加径向单次及多次压扁变形试验,研究压扁量和压扁次数对氢化物取向的影响。研究表明,压扁量大小对氢化物取向有明显影响,当压扁量≤0.3 mm时,氢化物取向基本不发生改变;当压扁量>0.3 mm时,随着压扁量的增大氢化物取向因子明显增大,这主要是由于该区域内形成的拉应力导致氢化物产生了应力再取向析出效应。压扁次数对氢化物取向的影响较小,随着压扁次数的增加,在大压扁量下氢化物取向因子略有增加,而压扁量较小时(0.3 mm)不发生改变。

静态腐蚀对Zr-4合金管材承压能力的影响

通过对Zr-4合金管材试样在360℃、18.6 MPa、50 min条件下进行渗氢试验,研究了静态高压渗氢腐蚀对Zr-4管材承压能力的影响。采用管材爆破试验对Zr-4管材承压能力进行了测试。试验结果表明,静态高压渗氢腐蚀会造成Zr-4合金管材承压能力大幅下降承压时间变短,加快了Zr-4管材的失效,宏观观察及微观断口扫描发现,管材的爆破开裂由未腐蚀的延性开裂转变为腐蚀后的脆性开裂。

成品退火工艺对Zr-4合金管材显微组织和力学性能的影响

通过金相、室温拉伸、室温爆破、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)试验研究了不同成品退火工艺对Zr-4合金包壳管显微组织和室温力学性能的影响。结果表明,在480~525℃的温度范围内,Zr-4合金管处于去应力再结晶的中间状态,并随退火温度的升高或退火时间的延长,轧制变形组织向基本再结晶组织转变,再结晶程度逐渐提高,最大晶粒尺寸呈增大趋势,平均晶粒尺寸变化规律不显著;不同退火工艺管材均析出密排六方结构的Zr(Fe,Cr)_(2)和立方结构的ZrFe_(2)两种第二相粒子,Zr(Fe,Cr)_(2)第二相粒子尺寸差异较大且数量占比大,ZrFe_(2)第二相粒子尺寸较小且数量占比小,第二相粒子尺寸随退火温度的升高或保温时间的延长逐渐增大,但第二相结构未发生变化;室温拉伸及爆破强度随退火温度的升高或保温时间的延长呈降低趋势,拉伸断后伸长率和爆破周向延伸率呈增大趋势,变化趋势随管材再结晶程度的不断提高而逐渐变缓,呈非线性变化。

Zr-4合金管材超声探伤记录条带草状显示原因

用金相法观察对比了Zr-4合金管材正常区域与超声草状显示区域晶粒度及其内外表面形貌,并对有草状显示的管材进行了抛光试验。结果表明:管材正常区域与草状显示区域处的晶粒度均为10.5级;两区域处的内表面形貌无差异;超声草状显示产生的原因是由于超声检测时采用的线聚焦探头检测方式,该方式对管材外表面较深的抛光磨痕十分敏感;采用再次抛光措施可以消除管材的超声草状显示。