U-2Nb合金是核工業(yè)中重要的核結(jié)構(gòu)材料,以其高密度高強度的優(yōu)勢在輻射屏蔽等方面廣泛應用。因目前對其相變過程尚不明確,對其結(jié)構(gòu)與力學性能的關聯(lián)缺乏量化分析,導致對該合金的性能認識不夠全面,本文針對這兩個科學問題,采用光學顯微鏡、掃描電鏡等分析儀器與拉伸、壓縮實驗等測試方法,研究了 U-2Nb合金450℃～635℃的等溫相變動力學過程與對應的力學性能變化。對其相轉(zhuǎn)變速率、相變反應激活能、形核位置等進行統(tǒng)計分析,為判斷該合金相變機制做出了前期準備,對結(jié)構(gòu)與性能的關聯(lián)做了分析總結(jié)。本文完成了相轉(zhuǎn)變速率的數(shù)據(jù)采集與整體動力學方程的建模,計算了對應的激活能,辨別了不同相變情形下的顯微組織形貌特征,初步解釋了顯微結(jié)構(gòu)與力學性能的關聯(lián)。結(jié)果表明:U-2Nb合金在550℃-635℃的等溫相變過程中存在兩類特征鮮明的顯微組織樣貌,針狀組織與胞狀組織,分屬于兩類相變機制。影響它們力學性能的主要因素是針狀組織或者胞狀組織的片層間距,受溫度與時間的共同影響。片層間距主要取決于其形成溫度,溫度越高,片層間距越大,強度隨之降低,塑性隨之提升,等溫時間與片層間距呈正相關。這一溫區(qū)內(nèi)獲得的最佳綜合性能為延伸率22%,... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：52 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１?Ｕ－Ｎｂ合金物相穩(wěn)定性與維氏硬度隨Ｎｂ含量的變化關系Ｗ??

?Ｕ－２Ｎｂ合金等溫相變動力學研宄???在室溫條件下，對鈾鈮合金的相結(jié)構(gòu)的影響除了鈮含量外，還與熱處理的過程密切??相關，圖１．２所示，從圖中可以較為直觀的體現(xiàn)出冷卻速率大小會使得同一成分的鈾鈮??合金生成不同類的相結(jié)構(gòu)。這就表明，不同的熱處理工藝，能調(diào)節(jié)固定成分鈾鈮合金的??相組分與結(jié)構(gòu)，從而體現(xiàn)出不同的力學性能。??８００????７５０?■?１?Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ??＾?Ｑｕｅｎｃｈ??Ｕ?７００?－：?Ｒａｔｅ??？?６００??｜?５００?■??Ｈ?／?６．２＊？Ｎｂ??４５０?＇：?Ｂａｎｄｅｄ??４００???Ｉ?‘…叫????０．０１?Ｉ?１００?１００００??Ｃｏｏｌｉｎｇ?Ｒａｔｃ（Ｋ／ｓ）??圖１．２四種不同組分Ｕ－Ｎｂ合金的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（ＣＣＴ）曲線Ｍ??在鈾鈮合金的生產(chǎn)和處理過程中，熔煉與澆注溫度，熱變形溫度范圍、熱處理類型??等工藝參數(shù)需依據(jù)相圖來制定。??目前，對于鈾鈮合金體系的主要研究集中在低鈮含量的Ｕ－２Ｎｂ？Ｕ－６Ｎｂ等相近成分??的合金上（質(zhì)量分數(shù)，下同），在此主要展現(xiàn)富鈾端的熱力學平衡相圖［７］。??從Ｕ－Ｎｂ合金平衡相圖１．３中可以看出，Ｎｂ元素能夠與高溫狀態(tài)下ＢＣＣ結(jié)構(gòu)的ｙ－Ｕ??完全互溶，在高溫區(qū)呈現(xiàn)的狀態(tài)為連續(xù)固溶體（丫－ＢＣＣ）。該體系中固溶體分為兩種不同濃??度的固溶體一一ｙｉ相（最大Ｎｂ含量為６．２％）和爿２相（最大Ｎｂ含量達５０％），不存在中間??化合物⑴。而在單析反應溫度線（６４７。〇以下為兩相組織（ｃｔ－正交＋７－ＢＣＣ）。??以Ｕ－２Ｎｂ合金為例：從單相）＾區(qū)緩慢降溫下來會經(jīng)歷三個兩相區(qū)。從髙溫的單相區(qū)

?？？?６５０?ｆ?４５?６４７?Ｖ?Ｖ???６〇〇?．．？＊?．?６４０?■０?３?６?２??ＢＣＣ＊ＯＲＴＨ?（?－?＾??…?Ｉ?６３０?■?辦２?」??現(xiàn)羞?１?Ｉ?６２Ｄ?Ｕ?＇?＇?１?１?＇?ｌ．??０．０００?０?０２０?０．０４０?０?０６０?０?０８０?０．１００?０．１２０?０?１４０?０?１６０?（）?＊）?＾?＾?＾?｜?Ｑ?Ｊ?＾??Ｍｏｌ＊?ｆｒａｃｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｍｂ??廣、?鈮的質(zhì)Ｍ：分數(shù)／％??圖１．３?Ｕ－Ｎｂ合金富鈾端平衡相圖Ｉ７，１！??通常情況下，鈮含量分布均勻且結(jié)構(gòu)單一的相能兼顧較好的力學性能與抗腐蝕性能，??因高溫下Ｎｂ元素在鈾基體中幾乎無限固溶，且其屬于置換固溶類型，室溫下Ｎｂ元素??在鈾中的擴散速率極慢，故采用淬火的方式能得到成分均勻的過固溶相。??在實際運用中，鈾鈮合金的材料組織大部分是通過淬火來得到的過固溶狀態(tài)亞穩(wěn)相??ａ＇（正交）或ｃｔ＂（單斜），它們是由不同Ｎｂ含量的鈾鈮合金從高溫ｙ相淬火至室溫生成的。??常見的鈾鈮合金亞穩(wěn)相的結(jié)構(gòu)與成分范圍見表１．１和圖１．１下端所描述。??表１．１不同鈮含量的鈾鈮合金經(jīng)水淬后呈現(xiàn)的亞穩(wěn)相結(jié)構(gòu)??鈮元素的成分范圍?￣￣?＂７７１?７￣Ｔ??０？４．２?４．２?？６．９?６．９？８＿９??（ｗｔ％Ｎｂ）???亞穩(wěn)相名稱?ａ，?ａ＂?ｙ°??相結(jié)構(gòu)?正交?單斜?四方??由上節(jié)所提到過的，亞穩(wěn)狀態(tài)對材料性能的影響是不可避免的，即便在室溫下鈮元??素的擴散速率極為緩慢，可淬火獲得的鈾鈮合金因其鈮組分處于過飽和狀態(tài)，相結(jié)構(gòu)也??處于熱力學亞穩(wěn)

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]U-5Nb合金的制備、凝固過程與力學性能[D]. 陳利民.四川大學 2006



本文編號：3387477