锆合金管材氢化物微观结构及取向研究

发布时间：2017-07-29 11:05

  本文关键词：锆合金管材氢化物微观结构及取向研究

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【摘要】：锆合金具有热中子吸收截面小、机械性能好、耐高温、良好的耐腐蚀性能等综合优异性能,因此其主要作为核燃料的包壳材料而广泛应用在核反应堆中。核反应堆的运行过程中,包壳材料在高温水腐蚀下会吸氢,而氢在锆合金中的固溶度十分有限,当锆合金中的氢含量超过极限固溶度时就会析出氢化物。氢化物在所有温度下都是极易脆断的,会导致包壳材料韧性下降,并最终导致包壳材料的破坏。本文以国产Zr-Sn-Nb新锆合金管材为研究对象,该管材有去应力和再结晶两种加工状态。采取气相渗氢的方法对管材进行渗氢,并通过控制不同的渗氢保温时间(4h、6h和8h)得到不同的氢含量。采用光学金相显微镜(OM)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)对比分析了不同加工状态不同氢含量管材中氢化物的形貌、分布与取向,另外还通过极图分析研究了氢化物与α-Zr基体之间的晶体学取向关系。得出的主要研究结论如下:(1)氢化物金相显微照片显示,两种加工状态下的氢化物均主要沿着管材的周向分布,径向氢化物都比较少,其中再结晶态的径向氢化物比去应力态的多,再结晶态管材的平均氢化物取向因子f_(40)为0.1623,去应力态管材的为0.0414。另外,无论是根据氢化物取向因子f_(40)统计还是金相照片,均发现沿着管材的内中外区域径向氢化物依次增多。(2)对管材织构分析显示,去应力态和再结晶态管材均为典型的C轴双峰织构,去应力态中存在10110//AD织构,再结晶态中存在11210//AD织构。去应力态和再结晶态的取向因子均呈现FRDFTDFAD,即径向织构占主导,根据径向织构容易得到切向分布的氢化物,得出管材中切向的氢化物更多,这与实验结果一致。(3)氢化物EBSD分析显示,氢化物大多沿着管材的周向分布,再结晶态渗氢8h的径向氢化物最多。根据氢化物在Zr基体中的析出位置,可将氢化物分为晶内氢化物、晶间氢化物和穿晶氢化物,这三种氢化物在去应力态和再结晶态管材中均有发现。另外,还发现了点状氢化物,相比之下,去应力态中更多,且有些点状氢化物有互相连接形成条状氢化物的趋势。(4)通过极图分析Zr基体与氢化物间的晶体学取向关系显示,去应力态和再结晶态管材的晶内氢化物与Zr基体的取向关系均为(0001)_α∥{111}_δ。去应力态管材中只有一条晶间氢化物与α-Zr基体的取向关系为{10117}_α∥{111}_δ,其余均为(0001)_α∥{111}_δ,再结晶态管材中只有一条晶间氢化物与α-Zr基体的取向关系为{10110}_α∥{111}_δ,其余也均为(0001)_α∥{111}_δ。(5)通过TEM对再结晶态管材渗氢6h和8h下的氢化物分析显示,氢化物为长条的棒状结构,衍射花样鉴定其均为fcc结构的δ-ZrH1.66(PDF卡片编号34-0649)。其中在渗氢6h下只观察到了处于晶粒内部的氢化物,长度很短,只有200-500nm;在渗氢8h下既观察到了处于晶内的氢化物,也观察到了横穿晶粒的氢化物,晶内氢化物长约3-5μm,穿晶氢化物长约8-10μm。
【关键词】：锆合金管材 氢化物 晶体学取向关系 去应力 再结晶
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.414
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-25
• 1.1 引言9-11
• 1.1.1 锆的基本特征9-10
• 1.1.2 锆合金的发展10-11
• 1.2 氢在锆及锆合金中的行为11-17
• 1.2.1 氢在锆及锆合金中的固溶度11-13
• 1.2.2 锆合金中氢化物的种类13-17
• 1.3 实验室渗氢工艺17-19
• 1.3.1 气相渗氢17-18
• 1.3.2 电解渗氢18
• 1.3.3 高压釜渗氢18-19
• 1.3.4 三种渗氢工艺的比较19
• 1.4 锆合金中氢化物的取向及其影响因素19-22
• 1.4.1 锆合金中氢化物的取向19-20
• 1.4.2 影响锆合金中氢化物取向的因素20-22
• 1.5 氢化物对锆合金力学性能的影响22-23
• 1.5.1 拉伸性能22-23
• 1.5.2 疲劳性能23
• 1.6 课题研究内容、技术路线及意义23-25
• 1.6.1 研究内容23-24
• 1.6.2 技术路线24
• 1.6.3 研究意义24-25
• 2 实验材料与方法25-31
• 2.1 实验材料25
• 2.2 样品制备25-27
• 2.2.1 渗氢样品制备25
• 2.2.2 金相样品的制备25-26
• 2.2.3 EBSD样品制备26-27
• 2.2.4 TEM样品制备27
• 2.3 实验方法27-31
• 2.3.1 EBSD技术27-28
• 2.3.2 TEM技术28-29
• 2.3.3 渗氢工艺29
• 2.3.4 氢化物取向因子f_(40)统计方法29-31
• 3 锆合金管材氢化物微观结构研究31-45
• 3.1 氢化物金相31-34
• 3.1.1 不同渗氢时间下氢化物的形貌及分布31-32
• 3.1.2 不同加工状态下氢化物的形貌及分布32-34
• 3.2 氢化物EBSD分析34-39
• 3.2.1 去应力管材氢化物EBSD分析34-36
• 3.2.2 再结晶管材氢化物EBSD分析36-39
• 3.3 锆合金管材氢化物的TEM分析39-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 锆合金管材氢化物取向研究45-61
• 4.1 氢化物取向因子f_(40)45-46
• 4.2 织构对氢化物取向的影响46-49
• 4.3 氢化物与锆基体晶体学取向关系49-60
• 4.4 本章小结60-61
• 5 结论61-63
• 致谢63-65
• 参考文献65-73
• 附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：588823