Ti-2Al-2.5Zr单道次皮尔格轧制过程中显微组织和织构的演化

研究了单道次皮尔格轧制过程中Ti-2Al-2.5Zr材料的变形行为和织构的演变规律。结果表明,在轧制过程中,｛102｝孪晶和柱面滑移是最容易被激活的2种变形模式,｛102｝孪晶的产生使得晶粒在轴向上的位向从<100>转向<110>。并且,在不同瞬时Q值和等效应变量下,滑移和孪生导致｛0001｝极图中最大极密度点在切向上发生变化。     

锆合金氧化膜弹性模量的测定

氧化膜的内应力对锆合金的腐蚀行为有重要影响，弹性模量是计算分析氧化膜内应力的关键物性参数。由于测试困难，锆合金氧化膜的弹性模量通常根据块体材料的数据进行估计。本文利用纳米压痕法测试分析了多种条件下锆合金氧化膜的弹性模量和硬度，研究发现其表面和截面的弹性模量与硬度数值存在差异。与纯水相比，在含锂水介质中腐蚀，锆合金氧化膜的弹性模量及硬度偏小。      

锆合金氧化膜在真空退火过程中的氧扩散行为

针对已预腐蚀生成一定厚度氧化膜的Zr-Sn-Nb合金,研究了其在不同温度下进行真空热处理过程中的氧扩散动力学及亚稳相演变行为。结果表明,真空退火后氧化膜变薄,氧在氧化锆基体中的扩散增强,并计算了特定合金中氧的扩散系数。退火后微观化学分析表明亚稳相层厚度增加。固溶氧锆基体(Zr(O))层也明显增厚。针对该现象,讨论了对应氧扩散及亚稳相形成过程：该扩散极为可能是由ZrO₂和(Zr(O))之间存在的氧含量梯度以及锆基体的高氧溶解度造成,受抑制的氧化速率将促进亚稳相的生长。在实际水腐蚀情况下,氧化及氧化膜向基体溶解过程应该是共存的。当氧化速率受限时,氧化膜向基体溶解作用将增强,有利于形成较厚的亚稳层。     

锆合金氧化膜的内应力计算

锆合金氧化膜中的内应力是锆合金腐蚀动力学中的重要影响因素,目前没有统一的方法得到氧化膜中内应力的大小,且数值差异较大。在传统的实验和理论方法的基础上,建立ZrO₂/Zr合金双层氧化弯曲几何模型,计算不同腐蚀状态下氧化膜中的内应力大小,得到内应力变化规律并分析其影响因素,为锆合金氧化膜内应力研究提供了一种较为可靠的方法。      

锆合金氧化膜及基体中氧的扩散

锆合金氧化膜及基体中氧的扩散系数是锆合金腐蚀动力学中的重要参数,目前文献报道的氧在锆及氧化膜中的扩散系数数值差异较大。本文通过真空退火试验,得到不同温度下氧化膜中氧浓度分布,计算了氧在锆合金基体中的扩散系数;通过氧化膜的等效扩散模型,由腐蚀转折前的腐蚀增重曲线,估算锆合金氧化膜中氧的扩散系数,得到Zr-Sn-Nb合金基体中氧的扩散系数随温度的变化规律为D_Zr(cm²/s)=0.18exp(-180 000/RT);通过转折前的腐蚀增重曲线,估算得到氧化膜中氧的扩散系数随温度的变化规律为D_ox(cm²/s)=3×10^-7exp(-101 550/RT)。     

Zr-Sn-Nb-Fe-V合金在过热蒸汽中的周期性钝化-转折行为

研究了2种高Nb、低Nb含量新型Zr-Sn-Nb-Fe-V合金在400℃、10.3 MPa过热蒸汽中的长期均匀腐蚀行为，发现2种合金均表现出周期性钝化-转折规律，对其演变行为及机制进行了深入研究。多次转折发生后，氧化膜显微组织仍呈规律性分层，柱状晶及缺陷带周期性出现。转折前，氧化膜/金属界面起伏强度及四方ZrO2(t-ZrO₂)等效厚度随时间延长而逐渐增大，转折时均快速减小；氧化组织再次钝化-转折时，2者演变规律均与初次转折相同。分析认为，转折时缺陷带的产生受到氧化膜/金属界面的粗糙起伏畸变及t-ZrO₂相变共同影响，周期性氧化规律的产生与起伏强度、t-ZrO₂等效厚度达到最大临界值的周期性密不可分。Raman光谱分析表明t-ZrO₂的280 cm^-1特征峰负偏移，定性地反映了t-ZrO₂中O空位浓度。O空位浓度在钝化阶段保持稳定，转折时迅速下降，2种合金的耐腐蚀性差异与O空位浓度差异相关。