位错环上的Cr偏析对辐照硬化影响的原子尺度模拟研究

低温辐照脆化是影响低活化铁素体/马氏体（RAFM）钢服役的主要问题之一。RAFM钢低温辐照脆化的主要机理是辐照产生的纳米缺陷（如位错环、析出物等）阻碍位错运动。本文利用分子动力学方法研究了bcc-Fe内刃型位错线与1/2〈111〉间隙位错环的相互作用,并对比分析了Cr偏析在位错环上对其硬化的影响。研究结果表明：刃型位错线挣脱位错环所需临界剪切应力（CRSS）与位错环的伯格斯矢量有关;在本文所研究条件下,在一定温度范围内,Cr偏析在位错环上会使得位错线挣脱所需CRSS增加,引起硬化增强。     

Cr析出物硬化机理的原子尺度模拟研究

铁素体钢在热老化及辐照下会析出富Cr的α’相,该相会阻碍位错运动,引起材料硬化和脆化。研究位错与Cr析出物的相互作用机理是研究铁素体钢辐照硬化的前提。利用分子动力学方法(MD)研究BCC-Fe体系中Cr析出物与刃型位错(ED)的相互作用机理,并考虑Cr析出物尺寸、析出物中Cr含量、切过位置等因素的影响,结果表明:位错以切过的方式通过Cr析出物;Cr析出物对位错运动的阻碍作用随着析出物尺寸增大而增大;Cr析出物中的Cr含量越高,对位错运动的阻碍作用越强;当位错沿析出物赤道面通过时,所需临界剪切应力(CRSS)值最大。     

Zr-4合金α-Zr固溶体中Fe,Cr含量的研究

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α-zr固溶体中Fe和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α-zr固溶体中的Fe和Cr含量。分析结果表明,随着淬火温度的增加, α-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,并且在淬火状态,α-zr固溶体中Fe,Cr的含量均大于其最大饱和固溶度。结合以前在高温水、蒸汽中的腐蚀试验结果发现,α-zr固溶体中的Fe,Cr含量对Zr-4合金的耐水侧腐蚀性能起着重要作用,并且,过饱和固溶在α-zr中的Fe,Cr含量存在一临界值,当Fe和Cr含量大于临界值时,Zr-4合金就具备抗疖状腐蚀的能力。     

Cr涂层厚度对锆合金包壳GTAW焊缝组织与性能的影响分析

研究了Cr涂层厚度对锆合金包壳GTAW接头组织和性能的影响,结果表明涂层明显降低焊缝的熔深,Cr元素非均匀熔入焊缝造成焊缝点状特征出现,且随涂层厚度增加而增多,当涂层厚度超过20μm后,涂层侧焊缝形成鱼骨状的共晶组织,并观察到沿晶间扩展的显微裂纹。水腐蚀下焊缝表面的富Cr层具有明显的裂纹和脱落倾向,熔于焊缝内的Cr元素则显著增加焊缝的硬度,当Cr涂层厚度为15μm时焊缝硬度最高,达到299 Hv,涂层厚度继续增加焊缝硬度出现降低趋势。     

Cr涂层锆合金包壳模拟LOCA试验研究

2011年日本福岛核事故暴露传统锆合金燃料包壳在失水事故(LOCA)工况下的安全性问题。为了探究新型Cr涂层锆合金包壳在LOCA工况下的性能,本研究针对物理气相沉积(PVD)工艺涂覆的12～15μm厚度Cr涂层Zr-1Nb合金包壳管,开展模拟LOCA工况下的高温蒸汽氧化-淬火试验,氧化温度为1200℃和1300℃,单面氧化时间为10 min和20 min,淬火温度约800℃,之后对淬火后试样进行环压测试。结果发现,在研究条件下,Cr涂层未出现剥落,涂层完整;Cr涂层锆合金包壳外表面形成较为致密Cr₂O₃层,抑制O原子扩散至锆合金基体,阻止锆合金基体被氧化为ZrO₂层和α-Zr(O)层,环压测试发现淬火后包壳保持良好塑性。研究表明,在本测试工况下Cr涂层锆合金包壳相比传统锆合金包壳具有更强的抗LOCA事故能力。     

Cr和Mo对Fe3Al合金中微观缺陷和电子密度的影响

测量了二元Ｆｅ３Ａｌ及含Ｃｒ或Ｍｏ的Ｆｅ３Ａｌ合金的正电子寿命谱参数,计算了合金基体和缺陷处的价电子密度。实验结果表明,Ａｌ和Ｆｅ结合形成Ｆｅ３Ａｌ合金时,Ａｌ原子提供价电子与Ｆｅ原子的３ｄ电子形成局域的共价键。Ｆｅ３Ａｌ合金中金属键和共价键共存。Ｆｅ３Ａｌ合金晶界缺陷的开空间大于Ｆｅ空位或Ａｌ空位的开空间,晶界缺陷处价电子密度比基体低,晶界的键合力较弱。在Ｆｅ３Ａｌ合金中加入Ｍｏ,降低了合金中的     

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。     

热处理工艺对UMo合金微观组织结构的影响

为研究UMo合金制粉前的晶粒尺寸控制,分别在900、950及1 000 ℃进行了均匀化退火热处理,分析了平均晶粒度和晶粒增长速度与均匀化退火温度及合金中Mo含量的关系。结果表明,随均匀化热退火温度和合金中Mo含量的增大,晶粒长大速度和极限晶粒度均增大。在560 ℃和570 ℃开展了长时间热处理,通过测量合金中相变程度发现,随Mo含量的增大,合金的γ相稳定性变好,UMo合金燃料的堆内服役性能也会更好。     

高注量辐照RPV钢的热处理微观结构及其对再辐照损伤行为的影响研究

应用三维原子探针和纳米压痕技术研究了高温高注量质子初始辐照、辐照后退火及再辐照条件下核反应堆压力容器(RPV)钢中的微结构演变,及其与力学性能之间的关系.三维原子探针结果表明:初始辐照(1.6dpa)条件下,RPV钢中产生了大量的富Mn-Ni-Si团簇;辐照后经500℃1 h退火处理,富Mn-Ni-Si团簇基本回复,但...     

热老化下RPV模型钢中溶质析出机理的原子尺度模拟研究

压力容器是压水堆核电站全寿期不可更换的关键部件,决定着核电站的安全和寿命。本文利用分子动力学和蒙特卡罗方法研究了热老化下压力容器模型钢FeCu0.5Ni0.8Mn1.5中溶质析出机理。模拟结果表明:热老化后,富铜沉淀物会析出,同时晶界上会有合金元素Ni、Mn析出;Ni、Mn等合金元素的晶界析出会增强晶界结合能。     

Nb-1Zr与1Cr18Ni9电子束自钎焊形成的互扩散层的微观组织分析

利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和电子衍射能谱仪(EDS)分析了Nb-1Zr合金与1Cr18Ni9不锈钢在电子束自钎焊过程中形成的互扩散层的微观组织形貌、析出相成分和结构。结果表明：在电子束自钎焊过程中，两种合金的合金元素在界面处产生强烈的相互扩散，形成互扩散过渡层，互扩散以Nb向不锈钢一侧扩散为主；扩散层金相组织主要由基体组织和条状析出物组成．条状析出物呈全片层状结构。通过对析出相选区衍射花样(SADP)分析，初步确定互扩散层的析出物为μ-Fe(Ni)2Nb0和α-FeCr金属间化合物,而基体组织则为四方结构的α-Fe(Ni，Cr，Nb，C)相。     

显微组织对ZIRLO锆合金耐腐蚀性的影响

将ZIRLO锆合金样品分别进行1000℃-0.5h／560℃-10h、1000℃-0.5h／冷轧／560℃-10h和750℃-0.5h、750℃-0.5h/560℃-10h、750℃-0.5h／冷轧／560℃-10h的不同处理。用透射电镜观察了它们的显微组织，将它们放入高压釜中，研究了在350℃，16.8MP,0.04M LiOH水溶液中的耐腐蚀性能，结果表明，在本文所有的变形及热处理条件下中，750℃-0.5/冷轧／560℃-10h处理后样品的耐腐蚀性能最好，其原因在于样品经过这样处理后，基体αZr中固溶的Nb含量较低，并获得了纳米尺寸分布的βNb(含Fe)第二相粒子，后者对改善耐腐蚀性能尤为重要。样品在最终560℃加热处理之前的冷轧变形，可以促进βZr分解时的形核，是获得纳米尺寸βNb的必要措施。     

Hf对ODS-FeCrAl合金微观组织及性能的影响

为研究少量添加的Hf对ODS-FeCrAl合金微观组织及性能的影响,通过机械合金化和后续的热等静压工艺研制两种14Cr ODS FeCrAl合金,对其进行微观结构、力学性能、1 200 ℃空气抗氧化性能和1 200 ℃水蒸气抗腐蚀性能测试。TEM结果表明,两种合金中YAlO3氧化物析出相细小弥散,而Hf的添加促进合金基体中生成颗粒尺寸更加细小的Y2Hf2O7纳米氧化物。由于纳米氧化物Orowan的强化机制,两种合金均具有优异的室温与高温力学性能。XRD和SEM结果表明,两种合金经过1 200 ℃空气氧化与1 200 ℃水蒸气腐蚀后,表面均形成均匀致密的α Al2O3膜,对合金起保护作用。Hf添加有利于合金在1 200 ℃水蒸气腐蚀条件下形成更加均匀的α Al2O3膜,抑制Al3+的向外扩散,避免合金内部晶界处形成空穴。     

钒合金加载变形和损伤演化的数值模拟

钒合金具有良好的高温强度、低辐照活化和抗辐照肿胀等特性,使其成为核工程中的一种重要结构材料。为评估V-5Cr-5Ti合金应力作用下的变形和损伤演化特征,开展了光滑和有缺口两种形状合金试样拉伸加载过程的试验和数值模拟研究,并对断口形貌进行了扫描电镜（SEM）观察。根据拉伸试验拟合钒合金的材料本构参数,数值模拟获得试样加载过程的应力 应变分布和颈缩区的损伤演化,将数值模拟获得的载荷 位移曲线与试验测试对比,结果表明二者在弹性和塑性阶段的变形曲线均非常一致,扫描电镜观察获得了两种形状试样的静态拉伸断裂机制。     

温度对Zr-Sn-Nb合金致应力碘腐蚀开裂的影响

研究了N18和N36锆合金在不同温度下的碘致应力腐蚀开裂(SCC)行为,用扫描电镜进行了断口分析.结果表明,对于再结晶状态的锆合金,随着试验温度升高,KISCC(临界应力强度因子)降低,裂纹萌生所需的应力降低,裂纹萌生所需的时间也变短;对于去应力状态的N18合金,试验温度从300℃增加到350℃,KISCC基本不变,裂纹萌生所需的应力降低,裂纹萌生所需的时间也变短;随着试验温度升高,断口上的腐蚀产物增多.     

Si含量对9%Cr铁素体马氏体钢微观结构和力学性能的影响

铁素体马氏体（F/M）钢是铅冷快堆堆芯的主要候选材料之一,提高Si含量可提高其抗腐蚀性能,但影响其微观结构和力学性能。为研发兼顾力学性能和抗腐蚀性能的高Si含量F/M钢,本文对Si含量（质量分数为034%、061%、080%、098%和120%）对9%Cr F/M钢微观结构和力学性能的影响进行了研究。结果显示,室温下通过正火（1 050 ℃,05 h,空冷）+回火（760 ℃,15 h,空冷）热处理制备的F/M钢均为全马氏体组织。钢的屈服强度和抗拉强度均随Si含量的增加而增加。Si含量对钢的组织及冲击性能的影响可分为两个阶段,当F/M钢中Si含量为034%~080%时,其组织、冲击性能变化很小;Si含量为098%~120%时,F/M钢中的第二相尺寸、数量增加,沿马氏体板条界面析出少量的Laves相,F/M钢的冲击韧性降低。本研究9%Cr F/M钢中Si元素的最优添加量应低于08%,使钢在保持较高强度的同时兼具良好的韧性。     

亚细胞尺度氚非均匀分布下单粒子效应的蒙特卡罗模拟计算

利用蒙特卡罗程序Geant4构建了正常肺上皮细胞体素模型,结合Geant4自建DNA模型,模拟计算了氚在亚细胞尺度不同靶区的物理作用和DNA损伤效应,分析了氚处于不同滞留状态下β单粒子对细胞内环境及DNA的影响。结果表明,氚的滞留状态对不同靶区的作用呈规律性变化,源项为细胞核时,源靶组合N->N与N->C的能量沉积E_细胞核/E_细胞质比值差异最为显著,微剂量学特征值S_N->N最大。β单粒子作用于DNA产生的集簇损伤尺寸一般＜3,且多为简单单链断裂（SSSB）类型,尽管产生的集簇损伤尺寸≥3的比例(<5%)很低,但仍有产生集簇损伤尺寸高达6的可能。源项为细胞核时,产生双链断裂（DSB）的产额是单链断裂（SSB）的5%,其中复杂双链断裂（CDSB）约占DSB的20%,相比细胞质、细胞源项,CDSB产额最大。     

铅铋合金冷却反应堆内气泡提升泵提升自然循环能力的理论研究

液态金属冷却核反应堆采用气泡提升泵的概念设计来提升堆芯自然循环能力。液态金属和惰性气体两相流动特性显著影响自然循环能力和系统安全性。本工作对铅铋合金冷却反应堆中气泡提升泵提升自然循环能力进行数值模拟研究。基于漂移流模型,采用空泡份额预测模型和摩擦压降预测模型分析了气体质量流量、质量含气率、气泡直径、上升管道高度对气泡提升泵提升自然循环能力的影响。结果表明：泡状流区域中,对于给定的气体质量流量,随着充入气泡直径减小,自然循环能力呈增加趋势。在泡状流、弹状流、乳状流和环状流等流型中,随着气体质量流量、质量含气率增加,自然循环能力先增大后减小。随着上升管道高度增加,自然循环流量增大。可见,流动参数显著影响堆芯热工水力特性。现有工作有助于优化带有气泡提升泵的自然循环冷却系统设计。