燃料元件格架用Zr-4合金板材研究

对燃料元件格架用Zr-4合金板材的性能进行了较全面的研究,确定了合金板材的制备工艺,研究了加工率和热处理制度对合金性能的影响。     

Zr-4合金定位格架电子束焊接工艺研究

介绍了应用真空电子束焊接方法对Zr-4合金定位格架进行的焊接工艺研究。通过焊接工艺试验,焊缝组织的金相检验,X射线探伤对焊缝缺陷的检验,选出了满足设计要求的焊接工艺。结果表明Zr-4合金定位格架应用真空电子束焊接是可行的。     

Zr-4合金定位格架电子束焊接工艺研究

介绍了应用真空电子束焊接方法对Zr-4合金定位格架进行的焊接工艺研究。通过焊接工艺试验,焊缝组织的金相检验,X射线探伤对焊缝缺陷的检验,选出了满足设计要求的焊接工艺。结果表明Zr-4合金定位格架应用真空电子束焊接是可行的。     

U-Mo合金与Zr-4合金的扩散层性质研究

本文对U-Mo合金与Zr-4合金的扩散层性质进行了研究。三明治结构的U-Mo/Zr-4扩散偶在760~800℃下包覆热轧后,保温10~66 h。采用扫描电子显微镜(SEM)分析了扩散层的形貌和厚度,采用波谱仪(WDS)分析了各元素在扩散区内的分布情况,采用X射线衍射仪(XRD)测定了扩散层的相组成。分析结果表明,即使在800℃的高温下,U-Mo/Zr-4的扩散程度依然微弱,表现出良好的相容性;U-Mo/Zr的扩散层中间出现裂纹,裂纹两侧的扩散层相组成明显不同,靠近U-Mo侧为富Mo相,其主要是以化合物ZrMo_2为基的固溶体;靠近Zr-4侧的为富Zr相,其主要是以化合物UZr_2为基的固溶体;裂纹认为是由U和Zr不等量的原子交换所造成的。     

低温堆用Zr-4合金大方管研制

介绍了用短芯头过渡拉伸、再用与成品等长的长芯头进行成品拉伸的方法研制低温供热实验堆堆芯燃料元件盒所用的Zr-4合金薄壁大方管的过程,对称不等边的八边形截面方管尺度大,精度要求高,长边为138.7_(-0.3)~( 0.2)mm,壁厚只有1.5mm,用本文介绍的方法研制的管材达到了使用要求的精度,工艺重复性能也比较好。     

Zr-4板材拉伸性能的研究

研究了变形温度(室温—773K)、晶粒大小对 Zr—4 板机械性能的影响。观察了拉伸后的组织随变形温度及变形量的变化后,认为在673K 拉伸时延伸率最低,是由于动态回复造成变形集中在缩颈区的结果。强度随晶粒减小而增加,但 σ-d-1/2之间不符合 Hall-Petch关系式,这可能与板材中存在织构有关。     

Zr-4合金低周疲劳特性研究

研究了再结晶态Zr-4合金板材在室温和400 ℃下的低周疲劳特性.Zr-4合金在室温下的循环变形行为与应变幅有关,当应变幅小于0.8%时,表现为循环软化;应变幅大于0.8%时,表现为循环硬化.在400 ℃下均表现为循环硬化.合金在室温和400 ℃下,均遵循Coffin-Manson关系.在低应变幅下,室温的低周疲劳性能明显优于400 ℃下的低周疲劳性能,随着应变幅的增加,两者寿命趋于接近.用扫描电子显微镜观察分析了合金在室温和400 ℃下的疲劳断口特征.     

Zr-4合金的表面晶粒细化研究

通过超声喷丸在Zr-4合金表面获得细晶组织,采用金相显微镜、X射线衍射(XRD)以及场发射扫描电镜(FEG-SEM)观察处理前后锆合金的晶粒组织变化.结果表明,喷丸后样品从表面到芯部依次为:纳米晶(厚度约为60 μm)、超细晶(厚度约为160 μm)和原始组织.喷丸处理的晶粒细化机制为剧烈塑性变形.主要过程包括:孪晶、位错萌生-位错纠缠-晶粒分割-取向随机化.     

织构对Zr-4合金循环变形行为的影响

研究了织构对Zr-4合金循环变形行为的影响及其作用机制。结果表明，(1)合金的低周疲劳寿命遵循Coffin—Manson关系N^(β)f△εpC。在给定△εp时，轧向的寿命比横向的长。随△εp的降低，两个方向的疲劳寿命差别增大；(2)在低应变幅，合金表现为循环软化直至疲劳破坏在高应变幅，循环变形的初期表现为循环硬化，随后是循环软化直至疲劳破坏在应变幅恒定时，随着循环次数的增加，晶粒发生转动，使晶粒有更高的Schmid因子；(3)半寿命时的σs随εp的变化遵循乘幂关系σs=K^sε(^n^s),σid随σp的变化则遵循对数关系σid=K^blnεp Cb；(4)轧向和横向之间循环变形行为的差别是由于织构效应的缘故。     

Zr-4合金小试样高温疲劳行为研究

基于Zr-4合金漏斗薄片小试样,完成了室温和400℃高温下的等幅横向应变循环与应变疲劳试验.根据弹塑性有限元分析,建立了基于局部应变等效的应变换算方法,并结合实验结果,得到了估算Zr-4合金应变疲劳寿命的Manson-Coffin模型.结果表明:低应变幅下,Zr-4合金表现出循环软化特征;高应变幅下,Zr-4合金表现出循环强化特征.高温严重降低了低应变幅下Zr-4合金的疲劳寿命,随着应变幅增加,温度影响趋弱.分析表明,基于传统应变转换公式的M-C模型用于估算疲劳寿命偏于保守.     

Zr-4合金a-Zr固溶体中的Fe、Cr含量分析

将电化学分离Zr-4合金中Zr(Fe,Cr)2第二相粒子的技术和原子吸收光谱分析技术相结合,建立了一种分析Zr-4合金a-Zr固溶体中Fe、Cr含量的新方法,并用这种新方法分析了不同热处理状态下Zr-4合金a-Zr固溶体中的Fe、Cr含量。分析结果表明,随着淬火温度的增加,a-Zr固溶体中的Fe、Cr含量和Fe/Cr比值均增加,而Zr(Fe,Cr)2第二相粒子中的Fe/Cr比值则相应降低。结合以前的工作,可得结论:过饱和固溶在a-Zr固溶体中的Fe、Cr含量对Zr-4合金的耐水侧腐蚀性能有重要影响。     

Y/Ce注入对Zr-4合金高温氧化行为的影响

为了比较研究Y、Ce离子注入对Zr-4合金氧化性能的影响，探索离子注入后的改性机制，对Zr-4合金表面分别注入了不同剂量的两种离子并在500℃条件下进行空气氧化．氧化曲线表明：Y、Ce离子注入均能明显改善Zr-4合金的氧化性能，改善的程度随注入剂量的提高而增大；Ce离子注入后的改性效果略强于Y．使用XPS、GAXRD研究了注入样品高温氧化实验后的表层氧化膜成份及其相结构，探讨了Y、Ce离子注入提高Zr-4合金高温抗氧化性能的机理。     

加工工艺对Zr-4合金薄壁管材氢化物取向的影响

采用两种轧制方法、5种退火制度与4种矫直压下量,研究了冷轧工艺、成品退火制度、矫直工艺对Zr-4合金薄壁管材氢化物取向的影响.结果表明,冷轧工艺对氢化物取向因子的影响不大;在合适的冷轧工艺条件下,消除应力退火的管材,氢化物取向因子非常小,氢化物几乎都沿周向分布;随退火温度的增加氢化物取向因子增大;矫直压下量对氢化物取向因子的影响较大,随压下量的增大氢化物取向因子增大,管材靠外壁的氢化物取向因子高于其内壁.     

水化学对Zr-4合金氧化膜形貌的影响

为了研究LiOH水溶液影响Zr-4合金耐腐蚀性能的机理,用扫描电子显微镜和扫描探针显微镜观察Zr-4合金样品在不同介质中腐蚀后氧化膜内外表面的形貌。实验结果表明：由于氧化过程体积膨胀,氧化膜中存在平行于界面的压应力。在压应力的作用下,氧化膜向外鼓起,并在垂直于平面的方向上产生张应力,导致氧化膜破裂,从而使腐蚀加速。LiOH水溶液浓度越高,这个过程越快。     

加工工艺对Zr-4合金管材氢化物取向的影响

着重研究了热加工制度,冷轧工艺,成品退火制度对Zr-4合金管材氢化物取向的影响。结果表明,再结晶退火的成品管材,铸锭经过淬火后,氢化物取向因子低于铸锭直接挤压的氢化物取向因子。本试验进行的四种冷轧工艺对氢化物取向因子影响不大。在合适的冷轧工艺条件下,清除应力退火的管材,氢化物取向因子非常少。氢化物几乎都沿着圆周方向分布。在现有的工艺条件下,成品管靠外壁的氢化物取向因子高于内壁的氢化物取向因子。     

HRTEM原位加热研究Zr-4合金氧化过程中的晶格演化

采用高分辨透射电镜(HRTEM)原位氧化的方法,研究了Zr-4合金腐蚀初期的行为,为认识Zr-4合金在氧化膜与金属基体界面的氧化行为提供参考。原位氧化实验结果显示ZrO_2的形核过程伴随着连续的晶格演化:ZrO_2形成前,氧原子不断固溶到α-Zr的晶格间隙中,形成若干不连续的富氧区,随着氧含量的增加,富氧区晶格之间产生较大应变促使晶格出现调制以及形成面心立方结构ZrO亚氧化物,亚氧化物由取向接近的畴结构组成,随着反应的继续晶格连续演变直到形成m-ZrO_2。     

加工工艺对Zr-4合金管材氢化物取向的影响

着重研究了热加工制度,冷轧工艺,成品退火制度对Zr-4合金管材氢化物取向的影响。结果表明,再结晶退火的成品管材,铸锭经过淬火后,氢化物取向因子低于铸锭直接挤压的氢化物取向因子。本试验进行的四种冷轧工艺对氢化物取向因子影响不大。在合适的冷轧工艺条件下,清除应力退火的管材,氢化物取向因子非常少。氢化物几乎都沿着圆周方向分布。在现有的工艺条件下,成品管靠外壁的氢化物取向因子高于内壁的氢化物取向因子。     

2MeV质子辐照对Zr-4合金显微组织的影响

通过密西根大学离子束表面改性和分析实验室的大束流加速器研究了Zr-4合金的质子辐照效应。结果表明:当原子离位损伤率约1×10-5 dpa/s,在350癈 质子辐照损伤分别达到2dpa、5dpa和7dpa时,辐照后位错环的密度分别为7×1021/m3、8×1021/m3、15×1021/m3,尺寸分别为7nm、11nm和11nm,表明位错环的密度和尺寸随质子辐照注量有增加的趋势。辐照前后的明场像、高分辨相和电子衍射花样均表明,在350癈 2MeV的质子辐照没有使锆4合金中的hcp-Zr(Cr,Fe)2和fcc-ZrFe2沉淀相发生非晶化转变。     

柔度法计算Zr-4合金包壳管轴向裂纹应力强度因子的研究

基于虚拟裂纹闭合法,利用控制单变量变化的方法,对含对称双边缘裂纹的薄壁圆柱壳受对称集中力的情况进行了数值建模,得到了裂纹尖端的能量释放率,分析了Zr-4合金包壳管的预制裂纹长度和外部载荷对应力强度因子的影响作用。使用柔度法计算并获得了应力强度因子的近似计算公式,并与数值计算结果进行了对比验证,验证结果吻合较好。