The Synergetic Effects of Hydrogen and Oxygen on the Strength and Ductility of Vanadium Alloys

A V4Ti alloy and several V4Cr4Ti alloys with different oxygen contents were studied on their tensile properties with the effect of hydrogen concentrations. The ductility of the alloys showed a successive decrease in a varied rate with an increased hydrogen concentration, while the ultimate tensile strength remained unchanged or even decreased for the high oxygen content alloy in spite of the occurrence of hardening in the low oxygen content alloy. Oxygen in the alloy causes grain boundary weakening, increasing the possibility of intergranular fractures and thus enhancing the hydrogen embrittlement. V4Ti showed a higher resistance to the hydrogen embrittlement as compared to the V4Cr4Ti alloys on a similar oxygen content level.

钒合金的高温氧化特性和氢致脆性研究

选用几种V-Cr-Ti-Al-Si合金,采用气相渗氢法改变合金中的氢含量,利用拉伸试验和扫描电镜(SEM)分析了合金的力学性能和断裂特征,探讨了氢的影响。研究结果表明:钒合金的高温氧化符合幂指数增重规律,氧化速率与气氛中的氧含量成正比;大多数钒合金对氢脆敏感,相对而言,V4Ti合金表现出较强的抗氢脆能力,在113μg/g氢时,其拉伸延伸率大约为10%。

聚变应用钒合金抗氢脆性能的合金化设计

利用渗氢后的拉伸实验,研究了氢对几种钒合金拉伸性能的影响及其氢脆断裂特性结果表明,合金元素和氧含量均严重影响钒合金的抗氢脆能力.低氧含量V4Cr4Ti合金发生氢脆断裂的临界氢含量大于200μg/g,而当氧含量达到700-1100μg/g时,对所有合金,该临界值低于90μg/g.合金中的置换式合金元素Ti,Si等总是加大钒晶体中的四面体间隙,使氢原子易于偏聚到置换原子周围,增大形成气团的可能性,加重了合金的氢致硬化程度.为改善钒合金的抗氢脆性能,应选用原子尺寸与V接近的合金元素,如W和Re等.

钒合金的氢致硬化和氢脆

通过气相渗氢后的室温拉伸试验,测试了多种钒合金材料的拉伸性能,如V4Ti、V6WlTi和V4Cr4Ti,以及日本国立核聚变研究所研制的V4Cr4Ti合金,研究了钒合金的氢脆行为及其影响因素。实验结果表明:钒合金有较强的吸氢能力,合金元素Ti能显著提高合金的吸氢量。在达到氢致脆性断裂前,氢致强化表现为典型的固溶强化,而其强化能力因Ti的存在而显著降低,是含Ti钒合金具有优良抗氢脆性能的主要原因。合金氧含量极大地影响合金的抗氢脆能力。氧含量在200～400μg/g时,V4Cr4Ti合金发生氢脆断裂的临界氢含量约为300μg/g,而当氧含量超过700μg/g时,该临界值低于50μg/g。另一方面,强度较低的V4Ti合金似乎具有更好的抗氢脆能力。

钒基合金的研究现状和进展

介绍了钒合金的力学性能、腐蚀性能、安全与环保性能等,并阐述了氢、氧及其它杂质元素对钒合金性能的影响等方面的研究现状。通过与其它高温防护材料的性能比较,展示了钒基合金良好的应用前景。最后提出了目前钒基合金应用研究中需要解决的技术难题。

合金元素和氢、氧对钒合金拉伸性能的影响

钒合金是一种理想的聚变堆侯选结构材料,为了解决其聚变应用所面临的氢脆问题,应用自行研制的几种V-Cr-Ti-Al-Si合金材料,通过气相渗氢后的拉伸试验,测试了合金在不同氢氧含量下的拉伸性能,研究了合金元素及氢、氧对钒合金拉伸性能的影响.结果表明:合金元素Al、Si、Cr均有较强的固溶强化效果,其中Al还可有效地降低合金的氧含量,削弱氧对合金性能的影响,使合金具有较高的塑性;氢使钒合金的脆性增加,其中尤其以含Al、Si元素的钒合金的氢脆效应最为明显.

脉冲熔融-飞行时间质谱法测定钒氮合金材料中氧氮氢

随着人们对痕量杂质元素含量检测要求的逐年提高,提出了一种钒氮合金中氧、氮、氢同时测定的方法。称取0.050g经处理后的样品,用洗净的镍箔包裹后放入镍篮中,整体投入脱气后的高温石墨套坩埚中,控制分析功率为4.5kW,以^12C^＋、^14^N＋、^2H^＋作为氧、氮和氢的质谱分析线,实现了脉冲熔融-飞行时间质谱法对钒氮合金材料中氧、氮和氢的同时测定。从实验结果可以看出,在最优的实验条件下,校准曲线的线性相关系数均大于0.999,方法中氧、氮和氢元素的检出限分别为0.02、0.06和0.002μg/g。将实验方法应用于钒氮合金样品中氧（6.5~94.3μg）、氮（12~264μg）、氢（0.10~8.8μg）元素的测定,测定结果与脉冲熔融-红外/热导法（IR/TCD）基本一致;氧和氮的相对标准偏差（RSD,n=7）均小于9%,氢测定结果的标准偏差（SD,n=7）不大于0.000 5%。