不同热处理状态Zr—4合金的疲劳变形机理探讨

测定了不同热处理状态下室温和４００℃时Ｚｒ－４合金的常规力学性能和低周疲劳性能数据。借助于透射电子显微镜观察了疲劳变形亚结构。结果表明：相同循环应变幅下，室温和４００℃下再结晶试样有较好的低周疲劳性能。｛１０１＾－０｝柱面滑移旬Ｚｒ－４主要变 形方式；高温、高循环应变幅条件下，则可能使锥面滑移被激活。室温下典型的疲劳亚结构是平行的位错线，４００℃下消除应力试样形成了矩形位错胞，再结晶试样则形成了拉     

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.     

锆-4的反复弯曲高周疲劳性能及其显微组织

测定了再结晶状态锆－４合金反复弯曲高周疲劳寿命曲线,得出其疲劳极限约为２５０ＭＰａ。疲劳试样用ＳＥＭ观察表明：锆－４表面为波纹状滑移特征。驻留滑移带、晶界是锆－４主要的疲劳裂纹萌生区域。疲劳变形亚结构的ＴＥＭ分析表明：｛１０１０｝柱面滑移与孪生是其主要的变形方式;锆－４典型的位错组态是两组或多组平行位错线。与纯锆相比,锆－４更易产生交滑移。     

Zr-Sn-Nb薄片合金高温低周疲劳行为

采用Zr-Sn-Nb合金薄片漏斗试样,完成了室温和500℃高温下的低周疲劳试验,提出基于漏斗根部节点轴向应变的疲劳损伤等效假设。根据有限元分析,建立了Zr-Sn-Nb合金室温和高温下薄片漏斗试样测试应变到漏斗根部轴向应变的转换模型。结合低周疲劳试验结果,建立了在室温和500℃高温条件下用于估算Zr-Sn-Nb合金疲劳寿命的Manson-Conffin模型。结果表明:Zr-Sn-Nb合金具有循环稳定性;高温严重影响了Zr-Sn-Nb合金低应变幅下的疲劳寿命,随着应变幅的增加,温度影响趋弱。     

316不锈钢室温和350℃低周疲劳性能研究

采用MTS材料试验机研究作为反应堆结构材料的316奥氏体不锈钢母材在350℃和室温,以及焊缝在室温,±0.3%~1.5%应变幅的低周疲劳性能试验,并采用扫描电镜对试验后样品进行了断口分析。研究结果表明,316不锈钢疲劳性能较好,室温下疲劳寿命高出350℃同一应变幅的30%~50%以上,且母材的疲劳寿命显著高出焊缝同一应变幅的一倍以上。随应变幅的增加,材料疲劳寿命相应下降,峰值应力增加。室温下母材和焊缝均呈现出随循环周次增加、峰值随应力逐渐下降的规律。母材在高温下,随应变幅的增加,逐渐由循环硬化过渡到饱和行为。低周疲劳试验后,断口表面可观察到裂纹源和疲劳条带。随应变幅增加,疲劳条带间距增大,且同一应变幅下,焊缝的间距大于母材,高温的疲劳间距大于室温,与疲劳试验结果相吻合。     

锆合金的低周疲劳行为及其机理

锆合金的低周疲劳寿命遵循Coffin-Manson关系NβfΔεp=C1 .冶金状态、试验条件等皆影响锆合金的低周疲劳寿命.疲劳裂纹易在塑性应变不协调的区域形核,其扩展速率可用Paris公式表示为dα/dN=C2(ΔK)n .循环变形中的流变应力可分为摩擦应力和背应力.锆合金在循环变形中所呈现出的循环硬化、软化以及循环饱和状态主要取决于试验温度和应变幅,其作用机制各不相同.位错线、位错条带、胞结构和迷宫结构是锆合金低周疲劳典型的位错组态.     

Zr—4中合金元素的表面偏聚

Ｚｒ－４合金中合金元素的表面偏聚可能影响它的性质，用带有加热装置的俄歇电子能谱仪分析了Ｚｒ－４试样在４００－６００℃条件下加热不同时间的表面偏聚现象，发现试样加热到４００℃以上时，Ｓｎ元素有明显的表面偏聚现象。     

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.     

纯锆的反复弯曲高周疲劳行为

研究了工业纯锆铸态和９００℃×６ｈ退火状态反复弯曲高周疲劳行为，结果表明：循环变形过程中纯锆表现为初期硬化、随后软化、再达到饱和３个阶段。热处理状态和外应力幅大小均对循环变形行为有一定的影响。疲劳试样ＳＥＭ观察表明：纯锆的疲劳断裂过程是由多个裂纹源萌生、扩展、相互联接的结果。驻留滑移带、孪晶界、晶界是纯锆主要的疲劳裂纹萌生区域。疲劳变形亚结构的ＴＥＭ分析表明：纯锆典型的位错组态是平行位错墙。孪生是纯锆重要的塑性变形方式，主要有｛１１２１｝、｛１０１２｝和｛１１２２｝型孪晶。最后讨论了纯锆的反复弯曲疲劳变形机理。     

N18合金薄壁管高温应变循环与疲劳行为研究

应用新型自研夹具对N18合金薄壁短管进行400℃下的单轴拉伸和等幅低周应变疲劳试验。试验结果表明：N18短管高温循环应力应变滞回线有良好对称性；等幅循环下短管试样在较低应变幅下表现出循环硬化特性，而在较高应变幅下表现出循环软化；在多级应变循环加载下短管试样应力幅在循环中均保持稳定，循环本构关系不受多级应变循环工况差异的影响；材料循环特性不符合Manson律。获得了用于N18合金在400℃高温下的几个寿命估算式。