氢化物在Zr—4合金中变形行为的研究

利用SEM原位观察，研究了氢化物在Zr-4合金中的形貌，大块团状分布的氢化物，稀疏分布的氢化物和单个氢化物的变形行为。结果表明Zr-4合金中的氢化物在室温下具有一定的塑性变形能力，可以随基体发生较大的变形，且氢化物的变形行为和其形貌密切相关。大块团状分布的氢化物的变形能力较差，断裂较早，稀疏分布的氢化物的变形能力较好，断裂较晚，而单个氢化物的变形能力最好，不易断裂。     

渗氢处理对冷变形Zr-4合金双轴疲劳行为的影响

研究了不同程度渗氢处理Zr-4合金的双轴循环变形行为。结果表明：当氢含量为CH=400μg/g时，在相同等效应变幅和相同相位角下，渗氢Zr-4合金的疲劳寿命高于原始冷变形状态Zr-4合金。当氢含量增加到CH=580μg/g时，渗氢处理Zr-4合金的双轴疲劳寿命却低于原始冷变形状态的Zr-4合金。透射电镜和金相显微镜观察表明，冷变形Zr-4合金渗氢后析出的氢化物具有良好的塑性变形能力，渗氢过程中中温条件下长时间保持导致基体产生去应力退火效应是Zr-4合金疲劳寿命提高的主要原因。     

氢化物对N18锆合金原位拉伸断裂行为的影响

对电解渗氢后的N18锆合金进行了扫描电镜下原位拉伸试验,观察了裂纹在氢化物中的萌发与扩展过程,研究了氢化物对拉伸性能和断裂行为的影响。研究发现,拉伸时试样会发生颈缩,基体断口上存在大量韧窝,呈韧性断裂,使渗氢后的N18锆合金具有一定的塑性。小裂纹在带状氢化物簇中萌发并迅速扩展,但基体对小裂纹的扩展有钝化作用,使小裂纹转化成孔洞。断口表面上,脆性氢化物与基体之间还会形成二次裂纹,其形状和分布与氢化物的形状和分布相似。孔洞与二次裂纹都会使含氢锆合金的塑性降低。     

氢化物对N18锆合金原位拉伸变形的影响

采用扫描电镜下原位拉伸方法,观察研究了电解渗氢后的N18锆合金中氢化物的变形过程和基体的滑移行为,分析了氢化物对拉伸性能的影响。研究发现,锆合金基体的塑性变形是由多滑移引起的,氢化物可随基体发生较大变形。稀疏分布的带状氢化物簇对滑移的阻碍小,滑移线能够穿过而不改变方向,但尺寸较大的氢化物簇会阻碍滑移带的穿过而改变滑移方向。氢化物使抗拉强度略有增加,伸长率显著下降,但氢含量达到623μg/g的N18锆合金的伸长率仍然达到了13.1%,具有较好的塑性。     

渗氢前后Zr-4合金板的力学性能及有限元模拟

研究了渗氢前后国产Zr 4合金板轧制平面内不同取向的基本力学性能及其断裂性质。结果表明 :渗氢前后国产Zr 4合金板均为面内各向同性、厚向各向异性的材料 ,氢化物的出现对其各向异性行为无显著影响 ,仅稍微提高了材料的强度 ,如弹性模量、屈服强度及断裂强度等 ,但却大大降低了材料的延性 ;氢化物对材料延性的影响主要集中在材料的非均匀变形阶段 ;采用圆盘状的单位胞有限元模型可以较好地预测渗氢后Zr 4合金的力学性能     

渗氢量对Zr-4合金管材氢化物取向因子测定的影响

用干法渗氢系统向Zr-4合金管材中渗氢,研究不同渗氢量对其氢化物取向因子测定的影响。通过定氢仪测定渗氢量,金相显微镜观察氢化物的形貌、取向分布及测定氢化物取向因子。结果表明:渗氢量为0.012 0%时,氢化物尚未充分长大,不利于计数统计;渗氢量为0.016 8%和0.022 7%时,管材氢化物取向因子值内外层有明显差别,而两者之间差别不大,能准确反映管材氢化物取向分布;当渗氢量为0.038 3%和0.040 0%时,氢化物过度长大已掩盖了内外层氢化物取向的差异,不能准确反映管材氢化物取向分布。     

双轴比例加载条件下含氢化物Zr-4合金变形行为的数值分析

采用有限元数值分析方法,模拟了含氢化物Zr-4合金拉-扭双轴比例加载下的变形行为.相同外加等效应变下,加载路径对含氢化物Zr-4合金的应力、应变分量的大小和分布有明显的影响,而对其等效应力-应变曲线影响较小.不同加载路径下, Zr-4合金基体的最大静水拉应力区位于氢化物与基体的界面附近.随着拉伸-扭转应变比的增加,基体中最大静水拉应力增加,而最大静水拉应力位置与外加剪切方向的夹角由45°逐渐转向90°.     

500 ℃过热蒸汽中锆合金基体晶粒形貌和取向对应力状态的影响

为了研究Zr-4合金在500 ℃条件下晶粒取向与晶粒形貌对合金基体应力分布状态的影响,采用有限元方法构建三种不同晶粒形貌的模型,以(11-20)取向晶粒占比为变量,施加氧化膜生成时作用于基体产生的应力,对Zr-4合金基体晶粒变形进行模拟。计算结果表明：晶粒形貌与不同取向晶粒占比对基体晶粒内部应力分布的影响有明显规律。随着(11-20)取向晶粒占比（14.6 %-85.4 %）的增加,Zr-4合金基体中的应力集中现象更加明显,应力集中将促使Zr-4合金在腐蚀中加速失效;晶粒形貌越接近等轴晶,模型中应力分布越均匀,应力值趋于减小,有利于提高合金的耐腐蚀性能。     

Zr-2.5Nb合金板材吸氢行为研究

采用电解法对Zr-2.5Nb合金板材进行渗氢,研究不同时间渗氢后试样的吸氢特性;运用X射线衍射仪和金相显微镜对渗氢及热处理后试样的物相结构和显微组织及氢化物分布特征进行分析,并利用LECORH600红外吸收氢测量仪对试样吸氢量进行定量分析。结果表明,合金吸氢后试样表面形成一层氢化物膜,氢化物膜主相为ZrH1.66,氢化物膜厚随着渗氢时间的延长而逐渐增加;合金试样中氢化物呈片状并沿平行板材轧制方向分布,且氢化物随试样吸氢量的增加有聚集生长的趋势,试样的吸氢量随渗氢时间呈抛物线型变化。     

Zr-4合金中氢化物析出的TEM研究

利用透射电镜(TEM)研究了Zr-4合金吸氢后析出氢化物的类型、形貌及其位相关系。结果表明,随着吸氢量的增加,Zr-4合金中依次析出了δ-Zr H_(1.6)及ε-Zr H_(1.8)氢化物。δ氢化物主要以板条状从α-Zr基体上析出,二者的取向关系为(0001)α//(001)δ,[20]α//[110]δ。ε氢化物以针状形貌从δ氢化物中析出,析出的ε氢化物的密排面(1)与δ氢化物的密排面(1)平行,二者的取向关系为(1)δ//(1)_ε,[12]_δ//[011]_ε。高分辨观察进一步表明,δ-Zr H_(1.6)及ε-ZrH_(1.8)氢化物的晶格点阵均出现了严重的扭曲变形,说明相变存在较大的应力集中。     

Hydride precipitation and stresses in zircaloy-4 observed by synchrotron X-ray diffraction

The grain stresses within hydrides precipitated in rolled zircaloy-4 plates were determined by synchrotron X-ray diffraction experiments using an 80 keV photon beam and a high-speed area detector placed in transmission geometry. Results showed large compressive stresses (360 ± 20 MPa) in the hydrides along the plate rolling direction. The origin of these stresses was investigated by performing hydride dissolution/precipitation in situ for thermal cycles between room temperature and 400 °C. A large stress hysteresis was observed, with a steady decrease on heating and an abrupt change on cooling. The observed stresses are explained by the constraint imposed by grain boundaries on the growth of hydride platelets on the rolling–transverse plane of the rolled plates.     

The deformation behaviors of gamma hydrides in titanium under cyclic straining

Two types of γ hydride precipitates with the same structure were observed in coarse-grained commercially pure titanium containing about 77 ppm hydrogen. The interactions of slipping and twinning with both types of hydrides under cyclic straining were observed using SEM and TEM. It was found that the type-I γ hydrides can be plastically deformed and even ultimately fragmented by a slip mechanism with no voids formed under cyclic plastic deformation. In contrast type-II γ hydrides were difficult to be plastically deformed. The crystallographic mechanisms for the plastic deformation of hydrides are discussed.     

低氢含量工业纯钛循环变形的微观结构Ⅰ.γ氢化物附近的晶体旋转及胞结构的形成

对均匀弥散分布着γ氢化物的低氢含量的工业纯钛进行循环疲劳试验．发现在氢化物碎化之前，位错可以穿过氢化物和基体的共格界面，从而使氢化物发生剪切变形，然而在氢化物碎化之后，位错则不能继续穿过界面，而是在界面处缠结．这被归结于由于氢化物尺寸发生变化导致氢化物内部应力降低，氢化物不能继续发生剪切变形所致．透射电镜观察表明，在氢化物的内部至少能激发3套滑移系统．为了协调氢化物和基体之间的不均匀变形，在氢化物和基体内部都发生了晶体旋转，并且氢化物和基体之间的取向关系遭到了破坏．对相应的晶体旋转的机制进行了讨论．     

Evidence of stress-induced hydrogen ordering in zirconium hydrides

The formation of hydrides in zirconium alloys significantly affects their mechanical properties and is considered to play a critical role in their failure mechanisms, yet relatively little is known about the micromechanical behavior of hydrides in the bulk. This paper presents the result of in situ uniaxial mechanical tensioning experiments on hydrided zircaloy-2 and zircaloy-4 specimens using energy-dispersive synchrotron X-ray diffraction, which suggests that a stress-induced transformation of the δ-hydride to γ-hydride via ordering of the hydrogen atoms occurs, akin to a Snoek-type relaxation. Subsequent annealing was found to reverse the ordering phenomenon.     

STRUCTURE OF HYDRIDES IN HIGHLY HYDROGENATED Ti-6Al-4V ALLOY

The microstrueture and various hydrides precipitated in Ti-6A1-4V alloys containinghydrogen 0.16,0.58,0.87,1.49 wt-%,respectively,have been studied by means of TEM andX-ray diffraction.The Ti_3Al phase may precipitate when H over 0.58 wt-%.In the sametime,the morphology of hydrides gradually changed from rugged sheets to narrow laths asH contents increased.The microstructure of highly H-doped alloys is obviously fine.A mas-sive hydride and the hydride with tetragonal lattice were observed in the specimen containing1.49 wt-%H.The twin hydrides were found in the alloys with different H contents and theelectron diffraction patterns of the twin hydrides can be served as a simple criterion for distin-guishing the cubic and tetragonal structures.     

高氢量氢化的Ti—6Al—4V合金中氢化物的组织结构研究

研究了含氢最为0.16,0.58,0.87,1.49wt—%的Ti—6Al—4V—H合金中出现的各种氢化物,结果表明:氢超过0.58%时,合金中已有Ti_3Al相析出,同时,随着氢含量的增加,氢化物的形态逐渐由低氢的粗板条变到高氢的窄板条,后者组织明显细化,在含氢1.49%的试样中,还观察到四方点阵的氢化物和块状氢化物,并发现孪晶氢化物,根据孪晶氢化物的电子衍射花样的特点,可以简便地判别氢化物为立方或四方结构。     

低氢含量工业纯钛循环变形的微观结构Ⅱ.氢化物的溶解和应变诱发氢化物的形成

对均匀弥散分布着γ氢化物的低氢含量的工业纯钛进行循环疲劳试验．发现滑移带能够穿过氢化物的共格界面，使氢化物发生塑性剪切变形．由于位错周围的氢气团能够在位错的拖拽下，随同位错一起运动．所以位错的运动能够促使氢原子沿滑移带扩散．滑移带穿过氢化物的过程伴随有氢原子沿滑移带的扩散，材料中原有的氢化物在滑移带的冲击下，由于局部的氢原子浓度太低，而重新溶解．同时位错也会带着氢气团在氢化物处塞集，引起氢原子的局部富集；并导致应变诱发氢化物的产生．研究表明这个可逆相变过程由位错运动诱发的氢原子扩散所控制．