本文關鍵詞：鋯合金管材氫化物微觀結構及取向研究

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【摘要】：鋯合金具有熱中子吸收截面小、機械性能好、耐高溫、良好的耐腐蝕性能等綜合優(yōu)異性能,因此其主要作為核燃料的包殼材料而廣泛應用在核反應堆中。核反應堆的運行過程中,包殼材料在高溫水腐蝕下會吸氫,而氫在鋯合金中的固溶度十分有限,當鋯合金中的氫含量超過極限固溶度時就會析出氫化物。氫化物在所有溫度下都是極易脆斷的,會導致包殼材料韌性下降,并最終導致包殼材料的破壞。本文以國產(chǎn)Zr-Sn-Nb新鋯合金管材為研究對象,該管材有去應力和再結晶兩種加工狀態(tài)。采取氣相滲氫的方法對管材進行滲氫,并通過控制不同的滲氫保溫時間(4h、6h和8h)得到不同的氫含量。采用光學金相顯微鏡(OM)、電子背散射衍射(EBSD)和透射電子顯微鏡(TEM)對比分析了不同加工狀態(tài)不同氫含量管材中氫化物的形貌、分布與取向,另外還通過極圖分析研究了氫化物與α-Zr基體之間的晶體學取向關系。得出的主要研究結論如下:(1)氫化物金相顯微照片顯示,兩種加工狀態(tài)下的氫化物均主要沿著管材的周向分布,徑向氫化物都比較少,其中再結晶態(tài)的徑向氫化物比去應力態(tài)的多,再結晶態(tài)管材的平均氫化物取向因子f_(40)為0.1623,去應力態(tài)管材的為0.0414。另外,無論是根據(jù)氫化物取向因子f_(40)統(tǒng)計還是金相照片,均發(fā)現(xiàn)沿著管材的內中外區(qū)域徑向氫化物依次增多。(2)對管材織構分析顯示,去應力態(tài)和再結晶態(tài)管材均為典型的C軸雙峰織構,去應力態(tài)中存在10110//AD織構,再結晶態(tài)中存在11210//AD織構。去應力態(tài)和再結晶態(tài)的取向因子均呈現(xiàn)FRDFTDFAD,即徑向織構占主導,根據(jù)徑向織構容易得到切向分布的氫化物,得出管材中切向的氫化物更多,這與實驗結果一致。(3)氫化物EBSD分析顯示,氫化物大多沿著管材的周向分布,再結晶態(tài)滲氫8h的徑向氫化物最多。根據(jù)氫化物在Zr基體中的析出位置,可將氫化物分為晶內氫化物、晶間氫化物和穿晶氫化物,這三種氫化物在去應力態(tài)和再結晶態(tài)管材中均有發(fā)現(xiàn)。另外,還發(fā)現(xiàn)了點狀氫化物,相比之下,去應力態(tài)中更多,且有些點狀氫化物有互相連接形成條狀氫化物的趨勢。(4)通過極圖分析Zr基體與氫化物間的晶體學取向關系顯示,去應力態(tài)和再結晶態(tài)管材的晶內氫化物與Zr基體的取向關系均為(0001)_α∥{111}_δ。去應力態(tài)管材中只有一條晶間氫化物與α-Zr基體的取向關系為{10117}_α∥{111}_δ,其余均為(0001)_α∥{111}_δ,再結晶態(tài)管材中只有一條晶間氫化物與α-Zr基體的取向關系為{10110}_α∥{111}_δ,其余也均為(0001)_α∥{111}_δ。(5)通過TEM對再結晶態(tài)管材滲氫6h和8h下的氫化物分析顯示,氫化物為長條的棒狀結構,衍射花樣鑒定其均為fcc結構的δ-ZrH1.66(PDF卡片編號34-0649)。其中在滲氫6h下只觀察到了處于晶粒內部的氫化物,長度很短,只有200-500nm;在滲氫8h下既觀察到了處于晶內的氫化物,也觀察到了橫穿晶粒的氫化物,晶內氫化物長約3-5μm,穿晶氫化物長約8-10μm。
【關鍵詞】：鋯合金管材 氫化物 晶體學取向關系 去應力 再結晶
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.414
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 緒論9-25
• 1.1 引言9-11
• 1.1.1 鋯的基本特征9-10
• 1.1.2 鋯合金的發(fā)展10-11
• 1.2 氫在鋯及鋯合金中的行為11-17
• 1.2.1 氫在鋯及鋯合金中的固溶度11-13
• 1.2.2 鋯合金中氫化物的種類13-17
• 1.3 實驗室滲氫工藝17-19
• 1.3.1 氣相滲氫17-18
• 1.3.2 電解滲氫18
• 1.3.3 高壓釜滲氫18-19
• 1.3.4 三種滲氫工藝的比較19
• 1.4 鋯合金中氫化物的取向及其影響因素19-22
• 1.4.1 鋯合金中氫化物的取向19-20
• 1.4.2 影響鋯合金中氫化物取向的因素20-22
• 1.5 氫化物對鋯合金力學性能的影響22-23
• 1.5.1 拉伸性能22-23
• 1.5.2 疲勞性能23
• 1.6 課題研究內容、技術路線及意義23-25
• 1.6.1 研究內容23-24
• 1.6.2 技術路線24
• 1.6.3 研究意義24-25
• 2 實驗材料與方法25-31
• 2.1 實驗材料25
• 2.2 樣品制備25-27
• 2.2.1 滲氫樣品制備25
• 2.2.2 金相樣品的制備25-26
• 2.2.3 EBSD樣品制備26-27
• 2.2.4 TEM樣品制備27
• 2.3 實驗方法27-31
• 2.3.1 EBSD技術27-28
• 2.3.2 TEM技術28-29
• 2.3.3 滲氫工藝29
• 2.3.4 氫化物取向因子f_(40)統(tǒng)計方法29-31
• 3 鋯合金管材氫化物微觀結構研究31-45
• 3.1 氫化物金相31-34
• 3.1.1 不同滲氫時間下氫化物的形貌及分布31-32
• 3.1.2 不同加工狀態(tài)下氫化物的形貌及分布32-34
• 3.2 氫化物EBSD分析34-39
• 3.2.1 去應力管材氫化物EBSD分析34-36
• 3.2.2 再結晶管材氫化物EBSD分析36-39
• 3.3 鋯合金管材氫化物的TEM分析39-44
• 3.4 本章小結44-45
• 4 鋯合金管材氫化物取向研究45-61
• 4.1 氫化物取向因子f_(40)45-46
• 4.2 織構對氫化物取向的影響46-49
• 4.3 氫化物與鋯基體晶體學取向關系49-60
• 4.4 本章小結60-61
• 5 結論61-63
• 致謝63-65
• 參考文獻65-73
• 附錄 作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文目錄73

【參考文獻】

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本文編號：588823