【摘要】：金屬鈾在核工業(yè)中有著重要應(yīng)用,但其化學(xué)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(dāng)Nb的添加量在4.2～6.9wt.%時(shí),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(shí)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(dú)特的力學(xué)性能,如：低屈服強(qiáng)度和高塑性、雙屈服和形狀記憶效應(yīng),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(duì)其變形細(xì)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(shí)間的增加會(huì)發(fā)生老化,雖然研究者對(duì)此方面開展了大量的研究,但目前對(duì)該結(jié)構(gòu)鈾鈮合金的低溫時(shí)效機(jī)理的認(rèn)識(shí)還不明確,存在較大的爭議。本論文針對(duì)這兩個(gè)科學(xué)問題,利用XRD、TEM、SEM.金相、力學(xué)拉伸等多種分析技術(shù),對(duì)U-5.8wt.%Nb合金的時(shí)效和變形開展了較為系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)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(dòng)和變形是合金對(duì)外加應(yīng)力響應(yīng)的重要特征。實(shí)驗(yàn)中,利用X射線衍射和力學(xué)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(duì)孿晶重取向等現(xiàn)象進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)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(duì)外加應(yīng)變的響應(yīng)規(guī)律。在孿晶變形階段,不同晶面方向?qū)ν饧討?yīng)力的響應(yīng)具有顯著的各向異性特征。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(duì)合金的斷裂行為有重要影響。提出了α”相鈾鈮合金低溫時(shí)效的相變機(jī)制,并討論了相轉(zhuǎn)變的晶體學(xué)路徑和影響因素,研究結(jié)果對(duì)深入理解合金的低溫時(shí)效強(qiáng)化和貯存老化現(xiàn)象有重要意義。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,低溫時(shí)效過程中,α”相U-5.8wt.%Nb合金會(huì)發(fā)生α”→γ°相變。利用晶體學(xué)唯相理論對(duì)結(jié)果進(jìn)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(xué)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(duì)α”相鈾鈮合金結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,合金300-C時(shí)效發(fā)生相變,但元素分布未發(fā)現(xiàn)變化；400℃-600℃時(shí)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(shí)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(jī)制不同,300℃以解理斷裂為主,400℃主要為沿晶斷裂,500℃和600℃為準(zhǔn)解理斷裂。初步考查了晶粒尺寸對(duì)鈾鈮合金結(jié)構(gòu)、性能以及時(shí)效的影響。結(jié)果顯示,晶粒尺寸對(duì)淬火態(tài)鈾鈮合金的晶體結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能沒有明顯影響,但對(duì)合金的低溫時(shí)效有較大影響,大晶粒試樣的低溫時(shí)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(shí)效對(duì)合金形狀記憶效應(yīng)的影響。本論文工作通過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究,獲得了U-5.8wt.% Nb合金隨外加應(yīng)力的晶格響應(yīng)規(guī)律,加深了對(duì)合金變形規(guī)律和機(jī)制的認(rèn)識(shí)；提出了α”相鈾鈮合金低溫時(shí)效的相變機(jī)制,該機(jī)制的提出為今后合金的熱處理工藝、老化動(dòng)力學(xué)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(yīng)變對(duì)合金的相穩(wěn)定性影響。這些研究能夠?yàn)楹辖鸬闹苽浜蜔崽幚砉に囂峁┛茖W(xué)參考。
【學(xué)位授予單位】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(duì)癢火合金進(jìn)行不同方式的熱處理，還可Ｗ進(jìn)一步改善合金的力學(xué)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�，邋ｎｔ邋＾邋Ｎｂ逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑圖１．１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(kuò)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(qiáng)度，而又不會(huì)對(duì)其延展性脊明顯的k幌歟郟ⅲВ玻丁常保В浚В矗梗藎鷦?wù)E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�，使Ｕ－６ｖ嶔．％Ｎｂ邋（Ｕ－６Ｎｂ）狠狔樮到关注更多。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(dān)玻鰨簦ィ╁義獻(xiàn)槌傻牧較嘧櫓�。由于Ｕ－Ｎｂ体蠙n墓?fàn)C┥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�，狠狔P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(rèn)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�，腐蚀以掋不薁空－６Ｎｂ狠狕崷用掉[饕義銜侍�。但由又o椅孿縷洌危庾櫸執(zhí)τ詮ズ

本文編號(hào)：2783973