Zr-4合金α-Zr固溶体中Fe,Cr含量的研究

将电化学分离Zr-4合金中Zr(Fe,Cr)2第二相粒子的技术和原子吸收光谱分析技术相结合,建立了一种分析Zr-4合金α-zr固溶体中Fe和Cr含量的新方法,并用这种新方法分析了不同热处理状态下Zr-4合金α-zr固溶体中的Fe和Cr含量。分析结果表明,随着淬火温度的增加, α-zr固溶体中的Fe,Cr含量和Fe/Cr比值均增加,而Zr(Fe,Cr,)2第二相粒子中的Fe/Cr比值则相应降低,并且在淬火状态,α-zr固溶体中Fe,Cr的含量均大于其最大饱和固溶度。结合以前在高温水、蒸汽中的腐蚀试验结果发现,α-zr固溶体中的Fe,Cr含量对Zr-4合金的耐水侧腐蚀性能起着重要作用,并且,过饱和固溶在α-zr中的Fe,Cr含量存在一临界值,当Fe和Cr含量大于临界值时,Zr-4合金就具备抗疖状腐蚀的能力。     

Zr-4合金a-Zr固溶体中的Fe、Cr含量分析

将电化学分离Zr-4合金中Zr(Fe,Cr)2第二相粒子的技术和原子吸收光谱分析技术相结合,建立了一种分析Zr-4合金a-Zr固溶体中Fe、Cr含量的新方法,并用这种新方法分析了不同热处理状态下Zr-4合金a-Zr固溶体中的Fe、Cr含量。分析结果表明,随着淬火温度的增加,a-Zr固溶体中的Fe、Cr含量和Fe/Cr比值均增加,而Zr(Fe,Cr)2第二相粒子中的Fe/Cr比值则相应降低。结合以前的工作,可得结论:过饱和固溶在a-Zr固溶体中的Fe、Cr含量对Zr-4合金的耐水侧腐蚀性能有重要影响。     

Zr—4合金中第二相的研究

应用透射电子显微镜研究了Zr-4合金经各种热处理后的微观结构,确定了第二相的晶体结构。经β相固溶处理后,板条α-Zr晶界上析出的第二相为C_(15)型Zr(Fe、Cr)_2Laves相,重新在α相区不同温度加热后存在C_(15)型私C_(14)型两种结构的Zr(Fe、Cr)_2Laves相。此外,本文对Zr-4合金中第二相的种类进行了讨论。     

Zr-4合金基体中Fe,Cr含量的间接测量(英文)

应用定量金相和理论计算发展了分析 Zr-4 合金α-Zr 基体中Fe,Cr 含量的方法。结果表明,只要能精确测量出 Zr-4 合金中第二相所占的体积分数,则计算出的基体中 Fe,Cr 含量就更准确。在分析的三种不同热处理工艺的 Zr-4 样品种中,具有不同的 Zr(Fe,Cr)2 第二相粒子份额以及不同的基体 Fe,Cr 含量,但其第二相大小相近。此外,基体中 Fe,Cr 含量高的试样具有较好的抗疖状腐蚀能力,认为影响 Zr-4 合金腐蚀行为的主要因素是基体中的 Fe,Cr 固溶体含量,而不是第二相粒子大小。     

热加工对Zr-Sn-Nb合金显微组织的影响研究

对Zr-Sn-Nb合金在4种温度(750℃、780℃、800℃和820℃)下进行了热／冷加工和最终再结晶退火,并对在上述4种温度下加热的试样进行了淬火处理。用透射电子显微镜(TEM)和光学金相显微镜(OM)研究了试样的显微组织、β-Zr以及第二相粒子的特征：结果表明,当加热温度达到780℃或高于此温度时．Zr-Sn-Nb合金已进入α-β双相区;随着加热温度的增加,β-Zr相含量增多;加工后试样中的第二相粒子大部分为C14型六方结构的Zr(Fe、Cr)2Laves相,与Zr-4合金中第二相结构相同,点阵常数α=0．502nm、c=0．818nm。同时．还发现有少量C15型面心立方结构Zr(Fe,Cr)2Laves相,点阵常数α=0．716nm．     

Zr-0.2Cu-xNb合金的显微组织及腐蚀行为

对Zr-0.2Cu-xNb（质量分数x=0.2,0.5,1.0,2.5）合金进行真空β相油淬、冷轧及退火处理,并在静态高压釜中进行过热蒸汽腐蚀试验,最后采用扫描电镜和透射电镜研究了合金及其腐蚀生成的氧化膜的显微组织。结果表明,随着Nb含量的增加,Zr-0.2Cu-xNb合金中Zr2Cu第二相的数量逐渐减少,而β-Zr第二相数量逐渐增加;合金中尺寸较小的Zr2Cu第二相对耐腐蚀性能有利;β-Zr第二相在氧化过程中会促进氧化膜微裂纹的产生,降低合金的耐腐蚀性能。Zr-0.2Cu-xNb合金中Nb含量接近其在α-Zr中最大固溶度时,合金具有最优的耐腐蚀性能。      

Zr（Fe,Cr）2金属间化合物的氧化

用非自耗电弧炉熔炼了比值(重量比值)不同的Zr(Fe,Cr)_2,并在773K和973K的空气中氧化。经X射线衍射和电子衍射分析表明:当Fe/Cr≤4.5时,Zr(Fe,Cr)_2,是MgZn_2型(六方)的Laves相,它的晶格常数随Fe/Cr比增加而收缩。Zr(Fe,Cr)_2氧化后生成的稳定氧化物是单斜ZrO_2和六方(Fe,Cr)_2O_3。在形成稳定氧化物之前,还会出现亚稳定的立方ZrO_2。根据本实验结果讨论了Zr-4合金中Zr(Fe,Cr)_2第二相对腐蚀性能的影响。     

新型高温锆合金在过热蒸汽中的腐蚀性能

研究了不同含量的Zr-Fe-Cr合金的显微组织及其在500℃,10.3 MPa 过热蒸汽中的耐腐蚀性能.结果表明,Zr-Fe-Cr合金经过真空熔炼、β淬火、真空包覆热轧和冷轧,以及真空退火处理得到的组织主要为α-Zr基体和弥散分布的Zr(Cr,Fe)2粒子.在500℃,10.3 MPa 过热水蒸汽中,含有少量合金元素的Zr-0.2Fe-0.1Cr和Zr-4合金会发生疖状腐蚀,而含有适当Fe、Cr的Zr-Fe-Cr合金为均匀腐蚀.Zr-1.0Fe-0.6Cr合金耐蚀性最好,其耐过热蒸汽腐蚀能力优于N18和Zr-4合金;含Fe、Cr元素不同的锆合金试样由于成分不同,耐腐蚀性能也有明显差别,说明调整合金成分是改善锆合金在500℃,10.3 MPa 过热蒸汽中耐腐蚀性能的主要途径.     

ZIRLO合金和Zr-4合金在LiOH水溶液中耐腐蚀性能的研究

比较了ZIRLO合金和Zr-4合金两种样品在350℃、16．8MPa、0．04MLiOH水溶液中的耐腐蚀性能，发现Zr4合金样品在腐蚀转折之前的腐蚀增重比ZIRLO合金稍低，这时两种样品的氧化膜相对完整而致密。用二次离子质谱仪(SIMS)测量Li^ 在两种合金样品氧化膜剖面中的分布，发现Li^ 进入Zr-4合金氧化膜的深度比ZIRLO合金浅，但浓度比较高。而腐蚀至68天在Zr—4合金样品腐蚀发生转折后，其腐蚀增重远高于ZIRLO合金，这是因为此时Zr-4合金样品氧化膜因疏松而失去保护作用，而ZIRLO合金样品腐蚀至82天氧化膜仍致密而完整。ZIRLO合金中细小的βNb和Zr—Fe—Nb第二相粒子可能对保持氧化膜的完整性有重要作用。     

Zr-2/Cr扩散反应层物相分析

研究Zr-2/Cr扩散反应层物相，可为判断Zr-2和Cr是否相容提供依据。用热压法（50MPa)获得在1073K时Zr-2/Cr扩散反应层。分别用透射电镜（TEM）和场发射扫描电镜配备的薄窗能谱仪（EDS）对反应层进行结构的成分分析。结果表明，Zr-2/Cr扩散反应生成六方结构（C14型的）Zr(Fe,Cr)2Laves相。     

Zr-2/Cr反应扩散研究

研究了Zr-2/Cr扩散偶在1023－1123K范围内的反应扩散，用扫描电镜观察反应宽度，用能谱仪（EDS）测定了反应层Zr,Fe和Cr沿扩散方向的浓度分布，研究了反应层的生长动力学，结果表明，反应层生长基本符合抛物经规律，生长过程受扩散控制，用Boltzman-Matano-Heumann模型计算了Cr在反应层Zr（Fe,Cr）2中的互扩散系数D，得到了互扩散系数D与温度的Arrhenius方程，由计算的扩散数据与Cr在Zr中形成稀固溶体时Cr的扩散数据比较可知，Cr在金属间化合物Zr（Fe,Cr）2中的扩散比在稀因溶体中的扩散快5个数量级。     

Zr(Fe,Cr)_2金属间化合物在500℃过热蒸汽中的腐蚀(英文)

用非自耗电弧炉熔炼了Fe/Cr比值为1.75和4.50的Zr(Fe,Cr)_2金属间化合物,它们的粉末经500℃、10.3MPa过热蒸汽腐蚀不同时间后,用X射线衍射、电子探针和透射电子显微镜分析了腐蚀后生成物的结构及其形貌,以及成分的重新分布。Fe/Cr比值不同的Zr(Fe,Cr)_2腐蚀后的生成物都相同,但是含Cr高的更不易被腐蚀。腐蚀初期的生成物是立方ZrO_2,并析出α-Fe(Cr),在继续腐蚀时,立方ZrO_2逐渐转变为单斜ZrO_2,α-Fe(Cr)也逐渐被氧化成(Fe,Cr)_3O_4。Fe和Cr在偏聚时,Fe原子的扩散速率比Cr原子快。根据实验结果,讨论了第二相影响Zr-4合金腐蚀性能的原因。     

热处理工艺与合金成分对国产新锆合金拉伸性能及显微组织的影响

采用MTS材料试验机研究了去应力态和再结晶态的SZA4(Zr-0.8Sn-0.25Nb-0.35Fe-0.1Cr-0.05Ge)、SZA6(Zr-0.5Sn-0.5Nb-0.3Fe-0.015Si)2种不同成分的锆合金在室温和385℃的拉伸性能,采用扫描电镜(SEM)分析了断口形貌,采用透射电镜(TEM)分析合金与第二相的微观结构。结果表明:各材料均有较好的力学性能,SZA4-450℃的强度最高,SZA4-560℃和SZA6-560℃的塑性最好;各材料的微观断口形貌均为韧窝,表明断裂方式为韧性断裂,同时可见大量的第二相粒子均匀、弥散地分布在基体中;SZA-4中存在2种密排六方结构(HCP)的第二相,尺寸较小的为Zr(Nb F20e Cr)2,尺寸较大的为Zr(Nb Fe Cr Ge)2,SZA-6中存在面心立方结构(FCC)的(Zr Nb)2 Fe和HCP结构的Zr(Nb Fe)2 2种第二相。最后分析了热处理工艺和合金成分对拉伸性能及显微组织的影响,认为热处理工艺的影响起主要作用。     

热处理对锆-4合金中第二相结构和成分的影响(英文)

用电化学方法分离出锆-4合金中第二相,研究了不同热处理制度对第二相结构和成分的影响。锆-4合金经1050℃β相加热空冷后,析出的第二相为立方结构的Zr(Fe,Cr)_2,Fe/Cr比值在2.1～2.5之间。试样重新在600～800℃下加热3h,晶体结构不发生改变,只是Fe/Cr比值逐渐降至1.9;但在700～800℃下加热后,有少量的六方结构Zr(Fe,Cr)_2第二相析出。生产厂提供的锆-4板中第二相是六方结构的Zr(Fe,Cr)_2,重新在700～800℃加热3h,晶体结构不发生变化,Fe/Cr比值由1.9降至1.5左右。这说明在重新加热时,第二相中的Fe和Cr与周围基体中的Fe和Cr会相互扩散置换。试样从β相冷却析出第二相时,Fe原子的扩散比Cr原子快;Cr原子在六方晶格Zr(Fe,Cr)_2中的固溶度比在立方晶格Zr(Fe,Cr)_2中的大。由于这些原因造成了第二相成分随热处理制度不同而变化的现象。     

U-Mo合金与Zr-4合金的扩散层性质研究

本文对U-Mo合金与Zr-4合金的扩散层性质进行了研究。三明治结构的U-Mo/Zr-4扩散偶在760~800℃下包覆热轧后,保温10~66 h。采用扫描电子显微镜(SEM)分析了扩散层的形貌和厚度,采用波谱仪(WDS)分析了各元素在扩散区内的分布情况,采用X射线衍射仪(XRD)测定了扩散层的相组成。分析结果表明,即使在800℃的高温下,U-Mo/Zr-4的扩散程度依然微弱,表现出良好的相容性;U-Mo/Zr的扩散层中间出现裂纹,裂纹两侧的扩散层相组成明显不同,靠近U-Mo侧为富Mo相,其主要是以化合物ZrMo_2为基的固溶体;靠近Zr-4侧的为富Zr相,其主要是以化合物UZr_2为基的固溶体;裂纹认为是由U和Zr不等量的原子交换所造成的。     

Nb、Cu对新型高温锆合金α/β相变温度和腐蚀性能的影响

研究不同元素含量的Zr-Nb-Cu合金的显微组织和其在500℃、10.3 MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能,结果表明,在500℃、10.3 MPa过热蒸汽中,Zr- 1.0Nb-0.05Cu合金的耐腐蚀性能最好,其耐腐蚀性能远远优于Zr-4和N18合金.在Zr-Nb-Cu合金中形成富含Nb、Fe、Cr的第二相粒子,这是影响锆合金耐腐蚀性能的一个原因.Zr-Nb-Cu合金在差热扫描量热仪分析的升温过程中,腐蚀产生的氢化物溶解,温度达到氢致α/β相变温度(约550℃)时开始β相变.添加Nb可以降低合金发生氢致β相变的温度,而增加Cu含量,可以降低合金腐蚀时的吸氢量,同时也使合金的耐腐蚀性能得到明显的提高.     

二氧化铀和锆-4合金高温化学相互作用

本文报导了在温度范围1000—1500℃,界面接触压力为2.7kg/cm~2,真空条件下UO_2和Zr-4金属的化学相互作用的研究结果。发现当实验温度低于1500℃时,化学相互作用的结果在两种材料界面附近生成一个具有α-Zr(o)_a,(U、Zr)合金α-Zr(o)_a三种不同金相区域的反应层。在更高的温度下生成的反应层可分为α-Zr(o)_c(U.Zr)_Ⅰ,α-Zr(o)_Ⅲ,(U.Zr)_Ⅱ四种不同的金相区域。物相分析发现,(U.Zr)合金区由δ-UZr_2,δ-U_(0.6)Zr_(2.4),α-U和另一种未知名称的(U.Zr)化合物组成。在1500℃以下,氧原子的扩散控制了化学相互作用过程,但在更高的温度下,铀原子在Zr-4合金中的扩散变得更为重要。     

热处理制度对N18新锆合金耐腐蚀性能的影响

将N18锆合金样品分别进行多种变形热处理后,用高分辨透射电镜研究它们的显微组织和第二相粒子,然后把样品放入高压釜,在350℃、16.8MPa、0.01mol·L-1LiOH溶液中进行腐蚀。结果表明:800℃-1h/冷轧/500℃-30h处理的样品,其耐腐蚀性能最好。分析该样品的第二相粒子,发现除了Zr(Fe,Cr)2第二相粒子外,该样品中还存在Nb含量较高的细小的Zr-Nb-Fe第二相粒子;这会降低Nb元素在基体αZr中的固溶含量,提高N18锆合金的耐腐蚀性能。     

热处理对锆-4合金中第二相结构和成分的影响

用电化学方法分离出锆-4合金中第二相,研究了不同热处理制度对第二相结构和成分的影响。锆-4合金经1050℃β相加热空冷后,析出的第二相为立方结构的Zr(Fe,Cr)_2,Fe/Cr比值在2.1～2.5之间。试样重新在600～800℃下加热3h,晶体结构不发生改变,只是Fe/Cr比值逐渐降至1.9;但在700～800℃下加热后,有少量的六方结构Zr(Fe,Cr)_2第     

UO2与Zr间结合界面的研究

应用OM、SEM、EDAX和AES对在一定压力下不同温度加热后的UO_2/Zr间结合界面进行了微观分析。结果表明,在750℃以上经不同时间加热后,UO_2/Zr间发生了化学反应,反应层由α-Zr(O)+富轴的(U,Zr)相;α-Zr(O)+(U,Zr)δ相和α-Zr(O)组成。UO_2/Zr在700℃延长加热时间,相互间也会发生反应。Zr或Zr合金在700℃以上应避免直接与UO_2相接触。此外,对反应层的形成过程进行了讨论。