【摘要】：金屬鈾在核工業(yè)中有著重要應用,但其化學性質(zhì)活潑,容易遭受腐蝕；且延展性差,不利于加工。通過添加少量的Nb能夠明顯改善金屬鈾的性能,當Nb的添加量在4.2～6.9wt.%時,通過高溫快速淬火(20。C/s)能夠獲得一種被稱為Ⅸ”相的單斜結(jié)構(gòu)的馬氏體組織,此時合金具有良好的抗腐蝕性和延展性。另外,該合金具還有一些獨特的力學性能,如：低屈服強度和高塑性、雙屈服和形狀記憶效應,這也使得變形行為成為該合金最受關(guān)注的研究方向之一,但目前對其變形細節(jié)仍然缺乏足夠的理解。另外,室溫下該合金處于亞穩(wěn)定狀態(tài),隨著貯存時間的增加會發(fā)生老化,雖然研究者對此方面開展了大量的研究,但目前對該結(jié)構(gòu)鈾鈮合金的低溫時效機理的認識還不明確,存在較大的爭議。本論文針對這兩個科學問題,利用XRD、TEM、SEM.金相、力學拉伸等多種分析技術(shù),對U-5.8wt.%Nb合金的時效和變形開展了較為系統(tǒng)的實驗研究。淬火態(tài)U-5.8.wt.%Nb合金為馬氏體組織結(jié)構(gòu),內(nèi)部有大量的孿晶,孿晶的移動和變形是合金對外加應力響應的重要特征。實驗中,利用X射線衍射和力學加載裝置較為系統(tǒng)地原位研究了鈾鈮合金宏觀變形過程中的微觀晶格演化規(guī)律,對孿晶重取向等現(xiàn)象進行了分析。實驗結(jié)果證實了U-5.8wt.%Nb合金彈性變形和滑移變形之間的孿生變形特征,并獲得了從外力加載到試樣斷裂過程中各衍射晶面對外加應變的響應規(guī)律。在孿晶變形階段,不同晶面方向?qū)ν饧討Φ捻憫哂酗@著的各向異性特征。拉伸過程中夾雜物演化的原位觀察結(jié)果顯示,孿生變形期間部分夾雜物發(fā)生斷裂,斷口逐漸長大并發(fā)展為孔洞,可能對合金的斷裂行為有重要影響。提出了α”相鈾鈮合金低溫時效的相變機制,并討論了相轉(zhuǎn)變的晶體學路徑和影響因素,研究結(jié)果對深入理解合金的低溫時效強化和貯存老化現(xiàn)象有重要意義。實驗結(jié)果表明,低溫時效過程中,α”相U-5.8wt.%Nb合金會發(fā)生α”→γ°相變。利用晶體學唯相理論對結(jié)果進行分析,提出α”(-111)晶面和γ°(111)晶面的原子堆垛之間的相互轉(zhuǎn)換是兩相轉(zhuǎn)變的主要晶體學路徑,使轉(zhuǎn)變體現(xiàn)出明顯的晶面選擇性。系統(tǒng)考查了高溫對α”相鈾鈮合金結(jié)構(gòu)和力學性能的影響。實驗結(jié)果顯示,合金300-C時效發(fā)生相變,但元素分布未發(fā)現(xiàn)變化；400℃-600℃時效后,鈾鈮合金元素分布變化顯著,相結(jié)構(gòu)分解為低Nb含量的α-U和高Nb含量的類γ相固溶體。高溫時效后,鈾鈮合金試樣拉伸過程中均發(fā)生脆性斷裂,但斷裂機制不同,300℃以解理斷裂為主,400℃主要為沿晶斷裂,500℃和600℃為準解理斷裂。初步考查了晶粒尺寸對鈾鈮合金結(jié)構(gòu)、性能以及時效的影響。結(jié)果顯示,晶粒尺寸對淬火態(tài)鈾鈮合金的晶體結(jié)構(gòu)和力學性能沒有明顯影響,但對合金的低溫時效有較大影響,大晶粒試樣的低溫時效相變速率顯著高于小晶粒試樣。此外,文中還討論了低溫時效對合金形狀記憶效應的影響。本論文工作通過系統(tǒng)的實驗研究,獲得了U-5.8wt.% Nb合金隨外加應力的晶格響應規(guī)律,加深了對合金變形規(guī)律和機制的認識；提出了α”相鈾鈮合金低溫時效的相變機制,該機制的提出為今后合金的熱處理工藝、老化動力學和物理建模等方面的研究工作指出了新的方向并奠定了理論基礎(chǔ)。另外,在介觀尺度上,發(fā)現(xiàn)了合金拉伸變形至斷裂過程中夾雜物的演化規(guī)律；初步研究了晶粒尺寸和微觀應變對合金的相穩(wěn)定性影響。這些研究能夠為合金的制備和熱處理工藝提供科學參考。
【學位授予單位】：中國工程物理研究院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG166;TG146.8
【圖文】：

Ｗ。Ｎｂ能夠巧高n猓悖閬嘟峁溝模伲脹耆セ聿煌康鬧嶧轄鶇映寤牖鷸潦襺D逡逑又可生成多種亞穩(wěn)定相常見的亞穩(wěn)定相結(jié)構(gòu)和成分范圍見圖１．１和表１．２描述。逡逑另外，通過對癢火合金進行不同方式的熱處理，還可Ｗ進一步改善合金的力學性能，從逡逑而獲得煩期性能的合金材料。逡逑－魯、＾’－－－’．．．邐Ｌ邐＾邋４００邋－邐Ｙ逡逑５＂＂邐Ｉ逡逑ｉ邐§邐３００邋－化逡逑Ｓ邋ｉ；ｗ．邐＜化仙邐0邐Ｓ邐０逡逑＂．邋．ｎｃ邐Ｉ邐＼邋Ａ逡逑ｗ＂，邐（ｉｒ邐看邋２ＵＵ邋－邐９逡逑ｋ￣￣就車．苗扛邋Ｉ邐＼邋＂Ｗｔ．逡逑５（ＫＩ邋？邋Ｉ邐＊ｒ邋Ｉ邋Ｉ邋＂Ｉ邋＇邐Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋１，１’邐含邐，逡逑ｌ＞邋…？：＂川邋４０邐５１）邋Ｗ？邋■？＂邋Ｗ邋Ｗ邋ＫＨＩ邐－邋１００邋－邐ｈｉ邐？逡逑ＡｉｉＨｉｉｉｃ邋Ｖ邐ｉ—邐ｆ、、邐Ｉ邐Ｙ0逡逑邐：ｌｌ；’邋；邐ＲＴ邐ｇ＂？、、邐’邐逡逑化ｒｌｉｎｃｎｉ邋ＮｋｕｉｓＵｌＷｃ邋Ｐｈａ、Ｌ、邐ｙ＂邋？邋？ｉ邐0逡逑［ＩＩ邋Ｉ邐１０邐１２邐１４邐１６邐１８邐２０逡逑Ｉ…ｗ邋ｍ邋…５０邋４�！海ⅰ桑┻姡茫铮恚穑铮螅椋簦椋铮睿澹睿翦澹掊澹危忮义希ǎ幔┻姡ǎ猓╁义蠄D１．１邋Ｕ－Ｎｂ合金的（ａ）平衡和（ｂ）非平衡相圖１化３９１逡逑室溫下，軸辨合金表現(xiàn)的相結(jié)構(gòu)不巧依賴于Ｎｂ含量，還巧熱處理過程密切相關(guān)，逡逑如冷卻速率（見烺１．２）心＂１。不同Ｎｂ含量的軸能合金通過巧火從高溫Ｙ相快速冷卻到逡逑室溫，由于固體狀態(tài)下Ｎｂ原子異常緩慢的擴散速率，從而形成Ｎｂ原子過飽和的亞穩(wěn)逡逑巧固溶體

離ａ＂相軸妮合金的強度，而又不會對其延展性脊明顯的k幌歟郟ⅲВ玻丁常保В浚В矗梗藎鷦誆牧系墓ゅ義銑逃τ鎂哂兄匾庖�，也是菱佇究者感兴趣的烦C�。辶x洗櫻眨危馓逑檔鈉膠庀嗤跡ㄍ跡保保┲鋅桑卓闖觶椅攏疲危庠冢罩兄揮形⑷醯娜芙忮義隙齲虼舜癰呶慮蚯苫鸕絞椅碌鬧嵋轄鶇τ諮俏忍�。当Ｎｂ含琳n叮鰨簦ジ澆�，辶x現(xiàn)崮鶯轄鴇硐殖雋己玫男閱埽梗眨叮鰨簦ィ危忮澹ǎ眨叮危猓┖轄鶚艿焦刈⒏�。Ｕ－６Ｎｂ狠牥捔x現(xiàn)校危夂拷詠參齔煞鄭嵩冢叮矗罰裕悍⑸參齜紙�，转变为由贫Ｎｂ的单斜结构ａ＇相（平辶x蝦庾刺危夂課矗靛澹鰨簦デ扇嶄唬危獾奶逋�、立窛册构亚G蠶啵ㄆ膠庾刺危夂課擔玻鰨簦ィ╁義獻槌傻牧較嘧櫓�。由于Ｕ－Ｎｂ体蠙n墓燙┥⒒品淺；郝�，这种箙b紙夂莧菀資艿藉義弦種�，当冷却速挛g笥冢玻ǎ裕茫笫保轄鵓湍芡ü蘩┥⒌穆硎咸逑啾溆桑猓悖憬峁梗儐嗲繡義媳湮椅孿攏危庠毓ズ偷囊滴認啵幔�。该讬┋结箿萧[崮鶯轄鵓哂星慷鵲灣義希ǎ保埃埃玻埃埃停校幔�、颜T剮愿擼ㄑ由炻剩常埃ィ┖統(tǒng)尚渦院�，还具有形状记忆效应（淹Ｅ）辶x蝦徒锨康目垢蔥裕簦鰨欏ｅ義嫌捎冢眨叮危夂轄鵓哂杏帕嫉目寡躉蔥裕匆話悴皇牽眨叮危夂轄鷯τ玫鬧饕義銜侍�。但由又o椅孿縷洌危庾櫸執(zhí)τ詮ズ

本文編號：2783973