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合金常温疲劳性能的试验研究

Ｚｒ－４合金是压水堆核电厂核燃料包壳使用的材料,本文按照我国的相关国家标准测试了材料的常温常规力学性能和应变疲劳性能。得到Ｚｒ－４合金在常温条件下的力学性能参数和疲劳裂纹疲劳性能参数。     

Zr－4合金的中子辐照生长

对由两厂分别生产的Ｚｒ－４包壳管样品在重水堆内进行中子辐照试验，辐照温度为６１０Ｋ，快中子注量为４．２×１０￣（２４）ｍ￣（－２）（Ｅ＞１．０ＭｅＶ）。试验结果表明，Ｚｒ－４管的辐照生长应变随辐照中子注量增加呈线性增加。两厂生产的Ｚｒ－４包壳管的生长应变可用Ｇ＝Ａ（φｔ）￣ｎ或Ｇ＝Ｂ＋Ｃ（φｔ）表达式描述，两者的差异可能是合金元素和杂质的综合影响所致。     

Zr－4合金中第二相Zr（Fe，Cr）_2的电化学分离

通过测定Ｚｒ－４合金和Ｚｒ（Ｆｅ，Ｃｒ）２：合金在各种电解液中的阳极极化行为，和对阳极产物的电子显微镜和Ｘ射线衍射分析，得到了一种适合分离Ｚｒ－４合金中第二相Ｚｒ（Ｆｅ，Ｃｒ）２的电解液：乙醇：正丁醇：高氯酸＝２５：３：２；室温条件下，控制电位为－０．４５￣－０．８０Ｖ（ＳＣＥ）．     

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合金氧化膜（＜100nm）的电镜研究

应用透射电子显微镜（ＴＥＭ），分析了Ｚｒ－４合金在３５０℃空气中生成的氧化膜（＜１００ｎｍ）。氧化膜中ＺｒＯ２的晶体结构为非晶、立方（四方）和单斜，它们所占份额与基体晶粒的取向有关。第二相粒子与周围基体构成电偶腐蚀，加速基体氧化，因而第二相粒子周围的氧化膜较厚，第二相粒子自身氧化变慢，将残留在氧化膜中。第二相粒子的氧化产物为六方（Ｆｅ、Ｃｒ）２Ｏ３、立方（四方）ＺｒＯ２和单斜ＺｒＯ２。     

Zr－4合金管环向性能测试研究

采用对开式拉伸法（ＮＯＬ环法），对反应堆中常用构件Ｚｒ－４合金薄壁细管，在不同温度条件下进行了环向拉伸试验。通过对拉伸曲线的修正和炉内试样颈缩处承载面积的确定，得到了Ｚｒ－４合金管在不同温度条件下，环向拉伸的真应力一真应变关系及强度、塑性指标。     

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合金板α相高温区轧制的织构演化

用(0002)正极图和织构取向因子等方法,研究了a相高温区沿原板材的轧向和横向轧制63%的Zr-4合金板的织构。实验结果表明:Zr-4合金板材在a相高温区轧制后的织构与原料板材的织构有关,这是由它的形变机制决定的。Zr-4合金板在a相高温区轧制时,{10`11}<`2113>和{11`21}<`2113> 锥面滑移是主要的形变系统,所以轧制后形成基极取向集中于轧面法向的织构。沿原始板材的轧向进行轧制时,部分晶粒中的{`1010}<`12`10>柱面滑移开动,使轧制后的ft大于fl;沿原始板材的横向进行轧制时,{11`21}<`1`126>孪生的作用使基极沿轧面法向上的取向增强。     

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.     

改善锆－4合金耐腐蚀性能的研究

研究了改变最后一次中间退火的热处理制度对核燃料锆４包壳管耐腐蚀性能的影响。由原来的６５０℃退火改为８３０℃。相上限温区加热淬火后，无论对耐疖状腐蚀还是耐均匀腐蚀性能都有显著改善。在１０３０℃β相加热淬火后，虽然耐疖状腐蚀性能有明显改善，但作长期均匀腐蚀时，腐蚀增重与时间之间的变化会出现第二次传折，耐均匀腐蚀性能不好。影响耐腐蚀性能的主要因素是Ｆｅ和Ｃｒ合金元素在αＺｒ中的固溶含量，而不是第二相粒子的大小。Ｆｅ和Ｃｒ合金元素在αＺｒ中的过饱和固溶含量，控制在～２００μｇ／ｇ是比较合适的，固溶含量过多又会引起长期均匀腐蚀性能变坏的倾向。     

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。