锆合金电解渗氢工艺及组织演变研究

对新型Zr-Sn-Nb系SZA-4锆合金管材进行电解渗氢处理,研究了渗氢时间对SZA-4锆合金吸氢量和氢化物类型及分布的影响规律,以及均匀化退火对氢化物类型及分布的影响规律。结果表明,随着电解渗氢时间延长,SZA-4锆合金管材的吸氢量增加,吸氢量与渗氢时间之间符合抛物线关系。显微组织分析表明,锆合金电解渗氢后在样品表面形成一层氢化物层,而内部仍为锆合金基体。随着渗氢时间延长,该氢化物层的厚度增加。对氢化物层的相结构分析表明,渗氢时间较短时,氢化物层由δ-ZrH_1.66相组成;随着渗氢时间延长,氢化物层中的δ-ZrH_1.66相含量增加;渗氢24 h后,氢化物层由ε-ZrH_1.801相和δ-ZrH_1.66相组成。对渗氢试样400 ℃/6 h均匀化退火处理后,发现氢化物层厚度进一步增加,且在样品内部沿周向有条状氢化物析出。相结构分析显示,此时氢化物层中ε-ZrH_1.801相消失,原来的δ-ZrH_1.66氢化物转变为δ-ZrH_1.5氢化物。而经400 ℃/96 h均匀化退火处理后,氢化物层消失,细小条状氢化物均匀分布于试样中。     

氢含量对再结晶Zr-Sn-Nb管材氢化物微观结构及取向的影响

虽然已有较多锆合金氢化物的研究,但对于较高氢含量中锆合金氢化物的研究较少。首先对Zr-Sn-Nb管材在400℃下气相渗氢,通过保温不同时间获得三种不同氢含量（147、340、1480 ppm）的渗氢样品。随后采用OM、SEM、TEM和EBSD表征技术,研究了Zr-Sn-Nb管材中氢化物的微观结构、与基体的晶体学取向关系。结果表明：氢含量影响管材中氢化物的取向,α-Zr基体与氢化物之间存在(0001)α∥{111}δ和{10-17}α∥{111}δ两种取向关系。EBSD分析表明氢化物从一个基体晶粒生长向另一个基体晶粒时取向会随着基体晶粒取向的变化而变化。部分锆基体晶粒内同时有晶内氢化物和晶间氢化物,而只有晶内氢化物与锆基体有晶体学取向关系。     

矫直工艺对Zr-Sn-Nb系合金管材氢化物取向的影响

核反应堆包壳管的氢化物取向因子会较大程度的影响其力学性能和使用性能。为此,使用6辊精密管材矫直机对?10 mm的Zr-Sn-Nb系合金成品管材进行矫直实验,研究辊缝值、弯曲量及矫直辊角度对其氢化物取向因子的影响。采用X射线衍射技术分析矫直管材的残余应力,采用光学显微镜观察高压釜渗氢试样的氢化物分布,并通过评级软件检测氢化物取向因子(Fn~(40°))。结果表明:辊缝值、弯曲量及矫直辊角度均对矫直后管材的残余应力有显著影响,并且管材氢化物取向因子随着残余应力的增大而增大。当辊缝值≥10 mm,弯曲量≤4.2 mm,矫直辊角度在31.5°～33.5°之间时管材残余正应力≤35.6 MPa,切应力≤37.8 MPa,此时氢化物取向呈周向或接近周向,氢化物取向因子满足技术要求。     

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合金管材加工工艺对氢化物取向因子的影响

锆合金广泛应于水冷反应堆的堆芯包壳材料和结构材料。在核反应堆运行时,锆合金表面被水氧化的同时,还会同时生成氢气。部分氢被锆合金吸收生成片状或者针状氢化锆。氢化物取向因子是衡量核反应堆用锆合金管材氢化物的重要指标。文章通过氢化物实验研究了加工工艺参数轧制送进量、退火制度及矫直弯曲量对Zr-4合金管材氢化物取向因子的影响关系。结果表明:Zr-4合金氢化物取向因子随着轧制送进量的增加有增大的趋势;不同轧制送进量的管材再结晶退火后,氢化物取向因子呈无序紊乱状态;Zr-4合金管材氢化物取向因子随着矫直弯曲量的增大而加大。     

氢含量对再结晶Zr-Sn-Nb管材氢化物微观结构及取向的影响（英文）

虽然已有较多锆合金氢化物的研究,但对于较高氢含量中锆合金氢化物的研究较少。首先对Zr-Sn-Nb管材在400℃下气相渗氢,通过保温不同时间获得具有3种不同氢含量(147、340、1480μg/g)的渗氢样品。随后采用OM、SEM、TEM和EBSD表征技术,研究了Zr-Sn-Nb管材中氢化物的微观结构与基体的晶体学取向关系。结果表明:氢含量影响管材中氢化物的取向,α-Zr基体与氢化物之间存在(0001)_α//{111}δ和{1017}α//{111}δ2种取向关系。EBSD分析表明,氢化物从一个基体晶粒向另一个基体晶粒生长时取向会随着基体晶粒取向的变化而变化。部分锆基体晶粒内同时有晶内氢化物和晶间氢化物,而只有晶内氢化物与锆基体有晶体学取向关系。     

国产新型锆合金SZA-4、SZA-6管材氢化物应力再取向研究

采用氢氩气相渗氢法、慢速率拉伸实验机进行氢化物应力取向及再取向实验,利用金相显微镜和Mias图像处理系统等方法,研究了环向应力和热循环次数对SZA-4和SZA-6两种国产新型锆合金管材氢化物应力再取向的影响。结果表明,SZA-4管材和SZA-6管材的应力取向因子(F_N(40°))随着应力和热循环次数的增加而增大,然后逐渐趋于N稳定,且SZA-6管材比SZA-4管材更易发生氢化物应力再取向0。对于SZA-4管材,F_N(40°)不大于0.45;SZA-6管材,F_N(40°)不大于0.7。     

环向应力及热循环对N36管材氢化物应力再取向的影响研究

采用高压釜渗氢、拉伸试验机进行氢化物应力再取向、金相显微镜和图像处理观察测量氢化物取向因子等方法,研究了环向应力和热循环次数对N36锆合金管材氢化物应力再取向的影响,获得了氢化物应力再取向分布规律。结果表明,F_N~(40°)随应力和热循环次数的增加而增大,最后趋于稳定,并且整个试样壁厚截面上的(F_N~(40°))均未超过0.5。在200~400℃上进行1个热循环周次时,氢化物应力再取向的应力阈值在80~95 MPa。     

Ti6Al4V合金渗氢氢化组织及氢脆机制的研究

利用XRD，TEM研究了渗氢后Ti6Al4V合金的组织变化。在渗氢0．302％(质量分数，下同)及0．490％的试样中发现了面心立方的氢化物巧和大量的斜方结构的马氏体α”。提出了1种基于扩散的由βH共析转变生成α及fcc结构的片状氢化物δ的机制，并指出氢的引入可能诱发马氏体转变。在室温拉伸试验中发现在氢含量不高于0．102%时不发生氢致脆化。氢化物δ和马氏体α″在Ti6Al4V合金的氢脆中起主要作用，氢化物δ既有利于裂纹的萌生又有利于裂纹的扩展，而马氏体α″对裂纹的扩展具有重要的作用，二者共同促进了Ti6Al4V合金的室温高氢含量氢脆。     

应力状态和渗氢条件在非晶态NiCrFeSiB合金氢脆断裂中的作用

通过慢应变速率拉伸、断口观察和断裂力学分析等方法研究了非晶态NiCrFeSiB合金氢脆断裂过程和断口形态的关系.试样的应力状态,氢的渗入量及其在试样中的分布,以及非晶态合金塑性变形局部化的程度等因素对断裂过程都有影响.当渗氢量较低时,断裂方式主要由试样的应力状态所决定,发生近表面区的平面应力断裂和内部的平面应变断裂.当渗氢量较高,且氢由表面向内部分布的浓度梯度较陡时,发生表面区的"解理"型断裂和核心区的延性断裂.在渗氢量适中,氢浓度梯度平缓的条件下,出现由表面向内部塑性变形程度逐渐增大的"河流"形态.根据     

Ti—H合金共析转变产物的形态和结构

用ＴＥＭ观察了工业纯α－Ｔｉ板渗氢０．２－１．５３ｗｔ－％析出的氢化物的形态和结构结果表明：β－Ｔｉ（Ｈ０共析转变产物是δ氢化物和α－Ｔｉ，不同形状的δ氢化物和α－Ｔｉ微晶组成了微晶区：γ氢化物直接从α－Ｔｉ（Ｈ）中析出，用高分辨电子显微术（ＨＲＴＥＭ）观察了β－ＴＩ（Ｈ）共析转变形成的微晶区的精细结构，表明δ氢化物周围可以存在满足δ氢化物α－Ｔｉ两种取向关系的１０种α－Ｔｉ变体，本文讨论了β－Ｔ     

径向压扁变形对Zr-4合金管材氢化物取向的影响

通过对规格为Φ10 mm×0.7 mm的Zr-4合金管材施加径向单次及多次压扁变形试验,研究压扁量和压扁次数对氢化物取向的影响。研究表明,压扁量大小对氢化物取向有明显影响,当压扁量≤0.3 mm时,氢化物取向基本不发生改变;当压扁量>0.3 mm时,随着压扁量的增大氢化物取向因子明显增大,这主要是由于该区域内形成的拉应力导致氢化物产生了应力再取向析出效应。压扁次数对氢化物取向的影响较小,随着压扁次数的增加,在大压扁量下氢化物取向因子略有增加,而压扁量较小时(0.3 mm)不发生改变。     

工业纯α—Ti氢处理产生的微观缺陷及其作用

用正电子湮没、ＴＥＭ和金相方法研究了不同程度氢处理的工业纯α－Ｔｉ产生的微观缺陷及其作用。实验结果表明：渗氢后材料内缺陷数量远大于除氢后材料内的缺陷数量，当渗氢量为０．５８％时，渗氢后材料内的缺陷主要是位错；随氢含量增加，单空位的数量也随之增加；当氢含量达２．１１％时，其缺陷主要是单空位，或者是其自由体积相当于单空位的点缺陷。ＴＥＭ和金相观察表明，渗氢后位错存在于α－Ｔｉ基体中。除氢后晶粒明显细化     

新锆合金板材在LiOH溶液中的吸氢行为研究

研究了NZ2（Zr-1Sn-0．3Nb-0．3Fe-0．1Cr）新锆合金板材在高压釜内LiOH水溶液中，于360℃、18．6MPa条件下进行不同时间的渗氢后试样的吸氢特性。试样的吸氢量随时间增加而增加，其吸氢量曲线伴随转折现象．NZ2合金在渗氢时间为11h的吸氢量为220mg/L，仅相当于同样渗氢条件下Zr-4合金渗氢量的43％，比传统锆合金有更为优良的吸氢性能。NZ2合金板中的氢化物的生长方式为条片状，并平行于板材轧向。     

第二相对Zr-Sn-Nb系锆合金吸氢性能的影响

对两种新型Zr-Sn-Nb系锆合金(SZA-4和SZA-6)管材在电解渗氢条件下的吸氢性能及机制进行了研究。结果表明,在供货状态下,SZA-4锆合金管材的吸氢倾向高于SZA-6锆合金管材,但经过完全再结晶退火处理后发现,SZA-4锆合金管材的吸氢倾向降低,而SZA-6锆合金管材的吸氢倾向增加,并且SZA-6锆合金管材的吸氢倾向反而高于SZA-4锆合金管材。与传统Zr-4合金管材相比,完全再结晶退火态的SZA-4和SZA-6锆合金管材在电解渗氢条件下的吸氢倾向均高于Zr-4合金管材。SZA-4和SZA-6锆合金管材吸氢倾向的变化与其内部析出的第二相有关。大量fcc结构的(Zr,Nb)2Fe第二相析出是导致完全再结晶退火态SZA-6锆合金吸氢倾向增加的主要原因。     

工业纯α－Ti氢处理产生的微观缺陷及其作用

用正电子湮没、ＴＥＭ和金相方法研究了不同程度氢处理的工业纯α－Ｔｉ产生的微观缺陷及其作用。实验结果表明：渗氢后材料内缺陷数量远大于除氢后材料内的缺陷数量，当渗氢量为０．５８％时，渗氢后材料内的缺陷主要是位错；随氢含量增加，单空位的数量也随之增加；当氢含量达２．１１％时，其缺陷主要是单空位，或者是其自由体积相当于单空位的点缺陷（如晶界、相界上存在的严重畸变区）。ＴＥＭ和金相观察表明，渗氢后位错存在于α－Ｔｉ基体中。除氢后晶粒明显细化。适当的渗氢量引进的微观缺陷，在除氢后可使晶粒细化而且等轴性高。     

变形量对Zr-4合金管材性能影响

锆及锆合金在核电站水冷动力堆的包壳管和堆芯结构材料中具有广泛的应用前景。文章研究了变形量分别为55%和60%的Zr-4合金管材力学、均匀腐蚀及氢化物取向性能。结果表明:55%变形量的Zr-4管材的室温拉伸性能中抗拉强度和屈服强度高于60%变形量的Zr-4管材。55%变形量的Zr-4合金管材的高温（316℃）拉伸性能中抗拉强度、屈服强度以及延伸率波动小于60%变形量的的Zr-4管材。变形量为60%的Zr-4合金管材均匀腐蚀和氢化物取向因子测试结果略低于变形量55%的Zr-4管材。     

热氢处理对两相钛合金及β钛合金加工态组织的影响

研究了热氢处理对两相钛合金TC21和β型钛合金Ti40加工态组织的影响。研究结果表明：两合金渗氢后β相的数量增加，渗氢量达到一定程度后，有氢化物生成，优先在晶界或位错处聚集，后逐渐扩散到晶粒内部；TC21合金氢处理后，微观组织得到了明显的细化，当氢含量为0．4％（质量分数）时，其细化效果最佳；对于Ti40合金，其细化效果不明显。     

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。     

TC21合金高温渗氢组织变化的研究

研究了α＋β型钛合金TC21锻态组织的高温渗氢行为，通过对合金渗氢前后和除氢后的显微组织观察发现，渗氢后大β相的数量明显增加，并有氢化物的生成；除氢后，晶粒组织得到细化，原始晶界变得模糊，其相应的硬度也发生了一定变化。分析了氢致组织细化的机理。