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【6h】

N18锆合金电解渗氢及渗氢后力学行为研究

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目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 锆合金概述

1.1.1 锆合金中的合金元素

1.1.2 锆合金的发展

1.1.3 锆合金的力学性能

1.2 锆合金实验渗氢

1.2.1 电解渗氢

1.2.2 气体渗氢

1.2.3 高压釜渗氢

1.3 氢在锆合金中的行为

1.3.1 锆合金的吸氢

1.3.2 氢在锆中的固溶度

1.3.3 氢固溶度的滞后

1.3.4 氢化物致脆

1.3.5 氢化物在锆合金中的状态

1.4 氢化物对锆合金拉伸性能的影响

1.4.1 滑移和孪生

1.4.2 氢化物与位错

1.4.3 氢化物对锆合金疲劳性能的影响

1.4.4 氢致延迟开裂(DHC)

1.5 原位观察

1.6 本课题研究目的、内容、意义和技术路线

1.7 本章小结

2 试验材料与方法

2.1 试验材料及试验设备

2.1.1 试验材料

2.1.2 试验设备及药品

2.2 试验方案

2.3 试验方法

2.3.1 试样前处理

2.3.2 渗氢

2.3.3 氢化物形貌的金相观察

2.3.4 显微硬度的测定

2.3.5 氢含量的测定

2.3.6 拉伸试验

2.3.7 拉伸试验结果分析

2.3.8 断口分析

2.4 本章小结

3 电解渗氢试验

3.1 氢化物形貌及分布

3.2 氢含量的计算

3.2.1 渗氢时间对氢含量的影响

3.2.2 电流密度对氢含量的影响

3.3 分析与讨论

3.3.1 电解渗氢原理

3.3.2 影响电解渗氢的因素

3.3.3 氢含量分析

3.4 本章小结

4 渗氢锆合金的力学行为研究

4.1 显微硬度

4.2 拉伸曲线

4.2.1 静拉伸曲线

4.2.3 原位拉伸曲线

4.3 抗拉强度

4.4 塑性

4.5 变形过程观察

4.5.1 拉伸前氢化物形貌

4.5.2 拉伸过程中氢化物形貌变化

4.5.3 试样表面出现滑移带

4.5.4 颈缩

4.5.5 开裂

4.6 断口分析

4.6.1 无氢试样断口

4.6.2 含氢试样断口

4.7 分析与讨论

4.7.1 氢对硬度的影响

4.7.2 氢对抗拉强度的影响

4.7.3 氢脆机理

4.7.4 氢脆断口特征

4.8 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间学术论文及科研情况

致谢

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摘要

锆合金具有较低的热中子吸收截面(比铁的热中子吸收截面小约30倍)、优良的力学性能和物理性能,而且具有良好的加工性能以及与UO2良好的相容性,因此被广泛的用于反应堆中。然而,锆合金本身是一种强烈的吸氢材料,在其服役过程中会吸收大量的氢,而氢在锆合金中的固溶度很低,多余的氢就以片状的氢化物析出,氢化物的存在将影响锆合金基体的力学性能。锆合金的发展经历了第一代的Zr-2、Zr-4,第二代优化的Zr-4以及第三代的ZIRLO、M5、E635等。N18锆合金是我国自主研发的一系列较新型的堆用锆合金(N18、N36、NZ2等)之一。
   本文以N18锆合金为材料,采用电解渗氢方法对试样渗氢。研究了渗氢时间和电流密度对试样中氢含量以及氢化物分布的影响;测定了含氢锆合金的显微硬度;对试样进行了原位拉伸试验,动态观察了拉伸过程中氢化物对锆合金断裂行为的影响;对拉断后的断口形貌进行了观察分析。结果表明:
   延长渗氢时间和提高电流密度都可以增加试样中的氢含量。当渗氢时间较短时,试样氢含量较低,氢化物单个稀疏分布于试样中;随渗氢时间增加,氢含量增加,氢化物开始聚集成氢化物族,且渗氢时间越长氢化物聚集越严重。
   N18锆合金的显微硬度随氢含量的增加而增加。
   N18锆合金的抗拉强度随着试样氢含量增加而增加,其塑性随氢含量增加而降低。
   原位拉伸过程中观察到,单个氢化物可以随基体发生较大变形而不断裂,有一定塑性。氢化物聚集成氢化物族后,将对合金的变形行为产生较大的影响。微裂纹将从氢化物族处萌生、扩展、连接,然后向基体扩展。氢化物是加速N18锆合金开裂的原因。
   含氢试样断口出现了二次裂纹,二次裂纹的分布与氢化物分布有相同的特点。氢含量较低时,试样表面氢化物尺寸较小,呈单个稀疏分布,断口表面二次裂纹尺寸较小,也呈单个稀疏分布。随氢含量增加,试样表面氢化物尺寸增大,并聚集成氢化物族,断口表面出现大尺寸的二次裂纹,其形貌与分布同试样表面氢化物族的形貌与分布相对应。从试样表面和断口表面观察到的氢化物和二次裂纹的形貌都呈条状,只是二者分布方向相互垂直,表明试样中氢化物是有一定厚度的片状体。

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