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。     

锆合金包壳I-SCC性能评价

对N36、Zr-4、X锆合金包壳管环形试样在350、400℃下施加周向拉伸载荷,研究N36锆合金包壳管在10~2 Pa、10~3 Pa、10~4 Pa碘分压、Zr-4及X试样在102Pa碘分压下的碘致应力腐蚀开裂行为。研究发现:在350、400℃下以最大载荷为指标时,N36、Zr-4及X试样在一定碘分压环境中均会发生不同程度的碘致应力腐蚀开裂,断裂能量迅速下降;在相同试验条件下,N36试样的最大载荷和断裂能量下降最慢。     

氯和氧对304N在高温水中应力腐蚀开裂的影响

采用慢应变速率拉伸试验（SSRT）与断口形貌分析技术研究304N不锈钢（固溶退火态）在300 ℃高温水中的应力腐蚀行为与机理。结果表明：304N在300 ℃高温水中的最大抗拉强度、延伸率以及断裂吸收能随Cl^-浓度的增大显著降低;随氧浓度的急剧降低而显著增大;304N在高温水中发生应力腐蚀开裂（SCC）主要为穿晶型;随Cl^-浓度增加,304N的应力腐蚀敏感性也迅速增加,在含50 mg/L Cl^-的空气饱和高温水环境中,试样断口形貌表现为完全脆断;在溶解氧浓度急剧降低时,氯致应力腐蚀开裂的敏感性大幅降低,表明溶解氧对304N在高温水中的氯致应力腐蚀开裂具有明显的促进作用。     

加Sn对AgInCd压缩蠕变行为影响

采用现有RDL-50型拉伸蠕变试验机,改装部分试验装置后研究Ag In Cd合金加Sn前后在300~400℃温度及12~30 MPa应力范围内的压缩蠕变行为。根据试验结果详细分析稳态速率与温度、应力的关系,计算应力指数n和蠕变激活能Qa;并根据透射电子显微镜结果探讨合金的压缩蠕变机制。结果表明:随温度和应力水平的升高,合金的稳态蠕变速率增加。加Sn后,Ag In Cd对应力敏感性更大,且在任一应力下激活能更高,其抗蠕变性能较好。根据计算,300、350、400℃条件下,加Sn与不加Sn合金的蠕变应力指数n分别为9.41、8.07、9.48和3.31、4.10、5.77;12、18、24 MPa条件下,加Sn与不加Sn合金的蠕变激活能Qa分别为147.9、126.9、149.9 k J/mol和68.1、103.7、131.6 k J/mol。微观形貌以层错为主,300℃的主要蠕变机制为孪生,400℃的主要蠕变机制为位错攀移生成位错墙。     

循环稳态或单调态下薄片小试样应力-应变关系试验方法

针对金属薄片沙漏试样，基于能量密度等效，提出了薄片小试样的弹塑性位移-载荷关系理论方程和等效应力、等效应变理论方程，进而提出了金属薄片沙漏试样循环稳态或单调态下的等效应力-等效应变关系试验方法。本文针对40种本构关系有限元分析预设材料和6种几何尺寸的沙漏试样完成了有限元分析，针对5种合金材料和2种几何尺寸的沙漏试样进行了单调拉伸和变幅对称应变循环试验，以及标准圆棒试样拉伸和变幅对称应变循环试验。结果表明，采用本文试验方法预测的材料单轴应力-应变关系与预设本构关系密切吻合，稳态对称循环下应力-应变关系与标准圆棒试样单轴拉伸及单轴循环试验结果吻合良好。     

锆合金薄壁细管的单调拉伸与低周疲劳试验研究

利用自行研制的高温夹具完成了Zr-1Nb合金和Zr-4合金薄壁短管试样不同温度下的单调拉伸和375℃下的等幅低周疲劳试验,获得了两种锆合金的单调和循环本构关系及Manson-Coffin寿命估算模型。研究结果表明：Zr-1Nb合金和Zr-4合金的弹性模量、屈服强度、抗拉强度以及应变硬化程度明显下降。随着温度的升高,温度对Zr-4合金的应变硬化程度的影响逐渐减弱;应变速率对Zr-4合金的拉伸性能的影响微弱。在等幅应变循环过程中,Zr-4合金表现为循环硬化,应变幅越低,硬化现象越明显;Zr-1Nb在较低应变幅下表现为循环硬化特性,而在较高应变幅下表现为循环软化。相对于单调拉伸行为,Zr-4合金在不同温度下的循环行为均表现出明显的强化特性。     

材料状态对锆合金碘致应力腐蚀的影响(英文)

在不同碘浓度(碘加热温度分别为40℃,65℃,110℃)和流动高纯氩的气氛下,经再结晶退火和消除应力退火的非辐照锆-2和锆-4合金,分别在300℃,350℃和400℃的温度下,进行了单轴拉伸试验,以便了解材料状态、微观组织对锆合金碘致应力腐蚀行为的影响。试验结果表明,在应力腐蚀过程中的初始阶段,由于晶间腐蚀行为与材料微观组织有关,晶粒度对材料应力腐蚀行为(对不同碘浓度)均很敏感;在相同试验温度下,碘浓度增加使裂纹生长加快;随着试验温度提高,裂纹生长速率增加;由于织构影响,再结晶退火材料比消除应力退火的材料好。     

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.     

动态应变时效对18MND5低合金钢材料抗拉性能的影响分析及服役安全评价

18MND5低合金钢凭借其良好的机械性能，被广泛应用于压水堆核电站核岛设备上。针对核岛设备用国产18MND5低合金钢钢板，在性能热处理状态和性能热处理+模拟消应力热处理两种状态下，进行了室温及100、125、150、175、200、250、300、350 ℃拉伸试验。基于上述试验结果，分析了动态应变时效对不同热处理条件下18MND5低合金钢材料抗拉性能的影响。结果表明，在室温～350 ℃温度范围内，随着温度的升高，18MND5低合金钢材料的抗拉强度呈先下降后上升的特征，抗拉强度谷值出现在150～200 ℃，发生了动态应变时效。采用两种热循环制度模拟18MND5低合金钢材料的封头成形工艺，分析了热循环制度对材料抗拉性能的影响。结果表明，18MND5低合金钢材料150 ℃下的抗拉强度仍低于350 ℃下的抗拉强度，动态应变时效的影响仍存在；经历热循环后18MND5低合金钢材料的抗拉强度未低于原始材料性能态的抗拉强度。此外，根据RCC-M中设备设计用抗拉强度S_u的计算公式，对18MND5低合金钢材料在抗拉强度低谷的服役安全性进行了评价。结果表明，在动态应变时效影响下，18MND5低合金钢材料产生的抗拉强度的谷值仍处于材料安全使用范围内。     

材料状态对锆合金碘致应力腐蚀的影响

在不同碘浓度(碘加热温度分别为40℃,65℃,110℃)和流动高纯氩的气氛下,经再结晶退火和消除应力退火的非辐照锆-2和锆-4合金,分别在300℃,350℃和400℃的温度下,进行了单轴拉伸试验,以便了解材料状态、微观组织对锆合金碘致应力腐蚀行为的影响。试验结果表明,在应力腐蚀过程中的初始阶段,由于晶间腐蚀行为与材料微观组织有关,晶粒度对材料应力腐蚀行为(对不同碘浓度)均很敏感;在相同试验温度下,     

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。     

7AXX铝合金在热压缩状态下的流变行为

研究7AXX铝合金在热变形过程中的流变行为对于提高专用设备锻件综合性能、避免材料热开裂有重要意义。本文利用Gleeble-3500热模拟试验机在变形温度360～460 ℃、应变速率0.001～1 s^-1的条件下，对7AXX铝合金铸锭进行高温压缩实验，研究了热压缩状态下温度和应变速率对该合金流变行为的影响程度，拟合得到了含Zener-Hollomon参数的7AXX铝合金流变应力表达式，建立了基于双曲正弦关系的合金热变形本构方程及热加工图。结果显示，变形温度及应变速率对7AXX铝合金的流变行为有显著影响。合金的流变应力随温度的升高而降低，随应变速率的增加而增加。合金在热压缩过程中的应力指数为3.21，热激活能为137.31 kJ/mol。变形温度385～450 ℃、应变速率0.01～0.1 s^-1是适用于7AXX铝合金的热加工条件范围。     

Deformation and Fracture Behavior of Zircaloy-2 Deformed at Constant Strain Rate in Iodine Environment, (II)

With a view to determining the effects brought by differences in strain rate on the iodine stress corrosion cracking (SCC) of Zircaloy-2 subjected to plane strain tension, constant extension rate tests were conducted at iodine partial pressures of 1–50 Torr and at a temperature of 350°C. The test specimens were machined from actual fuel cladding tube. Lowering the strain rate had the effect of reducing the fracture stress and strain in iodine environment for the tangentially directed specimen. The critical strain rate—below which the severity of SCC rises significantly—was found to be 7×10^?3 min^?1, about 3.5 times the value of 2×10^?3min^?1 obtained previously in uniaxial tension tests. The fracture ductility in gaseous iodine varied substantially with the stress condition: A stress ratio a (axial/tangential stress) lying between 0.5 and 0.7 was found to give maximum iodine embrittlement. The fracture stresses obtained at strain rates below critical were found quite close to the threshold stresses for causing SCC obtained in conventional pressurized tube tests.     

Deformation and Fracture Behavior of Zircaloy-2 Deformed at Constant Strain Rate in Iodine Environment, (I)

The relation between strain rate and iodine stress corrosion cracking (SCC) was studied on Zircaloy-2 subjected to uniaxial stress under constant extension rate in an iodine partial pressure of 4 Torr and at a temperature of 350°C. The specimens were machined from actual fuel cladding tube. In iodine environment, the tangentially directed specimens registered sharp decreases in stress beyond maximum point; this is attributed to crack initiation and propagation. Fracture ductility diminished with decreasing strain rate. Severe SCC was observed at strain rates below 2×10^?3min^?1. At high strain rates, the mechanism governing the rate of SCC appeared to be the time-dependent corrosion process. The axially directed specimens showed no signs of embrittlement due to gaseous iodine; this is attributed to the particular texture of the Zircaloy. Fracture surface observations indicated that transgranular cleavage fracture along the basal plane appeared to play a significant role in the stages of SCC initiation and propagation.     

镍基合金825在超临界水中的腐蚀性能研究

研究了镍基合金825在550 ℃/25 MPa、600 ℃/25 MPa和650 ℃/25 MPa超临界水（SCW）中的应力腐蚀开裂敏感性,以及在超临界650 ℃/25 MPa、次临界290 ℃/15.2 MPa水中的均匀腐蚀性能。通过慢应变速率拉伸实验得到了相应的应力-应变曲线,结果表明,随温度的升高,825的机械强度和塑性逐渐下降;实验后试样的SEM图像表明,825在3种工况下的应力腐蚀开裂倾向大小关系为600 ℃＞550 ℃＞650 ℃。825在SCW条件下的腐蚀实验表明,其腐蚀增重大致符合幂函数生长规律;而其在次临界条件下的腐蚀增重变化却呈现出先减后增的特征。     

基于一元应力参量的钛合金T225NG单轴棘轮演化模型研究

基于T225NG钛合金的单轴常温棘轮试验，本文研究了峰值棘轮应力对T225NG钛合金棘轮应变的影响。试验结果表明，常温单轴应力循环条件下材料棘轮应变随峰值棘轮应力的变化关系为一簇类线性的变化曲线，存在常值棘轮应力门槛值，峰值棘轮应力与该门槛值的关系可决定材料是否产生棘轮变形。由此，建立了一套一元应力能量控制的T225NG钛合金棘轮应变演化模型。该模型建模容易，适合棘轮应变预测的工程应用。     

Failure of Zircaloy cladding under transverse plane-strain deformation

Experiments have been performed to examine the ductility of Zircaloy 4 cladding tubes under conditions of near plane-strain deformation in the hoop direction (transverse to the tube axis) at temperatures of 25 and 300°C and at strain rates of 10⁻³ and 10² s⁻¹. To conduct these experiments, a specimen configuration was designed in which near plane-strain deformation is achieved, and a test methodology was established to determine two failure conditions: the limit strain at the onset of localized necking and the fracture strain. Experiments performed on cold-worked stress relieved material using the transverse plane-strain specimen geometry indicate major differences in failure behavior from that observed in uniaxial tension, although both test conditions result in failure by a localized necking process. The experimental results also indicate that while plane-strain fracture strains increase with temperature between 25 and 300°C, at a given temperature they are insensitive to strain rate. The limit strains at localized necking also increase with temperature but only at the high 10² s⁻¹ strain rate. Finally, the failure data indicate a strong sensitivity to surface flaws, as predicted by localized necking theory.     

Creep and creep rupture of a Zr-6%Sn-1%Mo alloy

Creep and creep rupture of a Zr-6%Sn-1%Mo alloy was investigated in a temperature interval 350 to 550°C using isothermal test and transmission electron microscopy techniques. The heat treatment of the alloy consisted in quenching to martensite and ageing at 550°C. The apparent activation energy of creep increases with temperature and applied stress from values lower to those significantly higher than the expected value of the activation enthalpy of the lattice diffusion to which the self-diffusion of all the three components of the solid solution (forming the matrix of the alloy) contributes. The parameter characterizing applied stress sensitivity of steady state creep rate increases with the stress from values only slightly higher than one to values close to thirty. The apparent activation energy of rupture life is close to that of creep and the stress sensitivity parameter of rupture life is close to that of steady state creep rate. The mechanisms likely to control creep rate under various external conditions are discussed. It is suggested that the mechanisms controlling the creep rate also control the rupture life.     

钛合金TA16弹塑性修正因子数值分析方法研究

本文对核级规范提供的奥氏体不锈钢材料的弹塑性修正因子（KE）的各种敏感因素进行数值验算，确定了不锈钢材料Z2CND18.12(控氮)简化弹塑性疲劳分析所需KE与规范限值之间最小保守裕量为12%。基于钛合金TA16的单轴拉伸、应变循环和应力循环试验，确立了TA16在30 ℃和350 ℃的Chaboche本构模型参数。基于TA16的本构模型参数，对TA16开展各种敏感因素下的弹塑性分析，并参考奥氏体不锈钢的KE表达式和Z2CND18.12(控氮)的KE最小保守裕量迭代计算出TA16的相关系数。TA16的相关系数A、B、C、m、n分别为1.37、1.26、1.37、2.0和0.25。