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用透射电子显微镜拉伸试样台原位研究了应力、电子束辐照以及第二相对Zr-4合金中氢化物析出和长大的影响.结果表明,在拉应力作用下,裂纹易于沿氢化物扩展,并在裂尖垂直于拉应力方向析出新的氢化物.氢化物在拉应力诱发下的析出、开裂、再析出……过程,导致了氢致延迟开裂.在较强的会聚电子束辐照下,Zr-4合金中的氢化物会分解,新的氢化物会围绕着附近的Zr(Fe,Cr)2第二相粒子析出,新析出的氢化物为面心立方结构的δ相.

关键词: 锆-4合金 , 氢化物 , 氢致延迟开裂 , Zr(Fe,Cr)2第二相 , 透射电子显微镜

轧制和退火工艺对锆-4合金包壳管材氢化物取向的影响

赵林科 , 王增民

钛工业进展 doi:10.3969/j.issn.1009-9964.2011.01.009

采用3种管材轧制方法、2种退火工艺和2种二次退火制度,研究了轧制加工Q值(减壁与减径比)、退火制度及二次退火对锆-4合金包壳管材氢化物取向的影响.结果表明,无论Q值大小,退火后的氢化物取向因子均大于退火前;加工Q值越大,管材的氢化物取向因子越小;退火温度对氢化物取向的影响与加工Q值有密切关系,Q值越大,退火温度对氢化物取向的影响越小;氢化物取向因子随成品退火温度的升高而升高;成品矫直的锆-4合金管材在450～470℃消除应力二次退火能显著地改善氢化物取向.

关键词: 锆-4合金 , 包壳管 , 氢化物取向 , 退火制度

锆-4合金低周疲劳断口裂纹扩展能量及分形特征研究

任文伟 , 李聪 , 康戈文 , 邱绍宇

稀有金属材料与工程

对锆-4合金低周疲劳裂纹扩展过程进行了探索性的研究.通过分析锆-4合金低周疲劳断口在裂纹扩展方向上能量及分形维数变化趋势,发现锆-4合金动态裂纹扩展中扩展期由3个阶段组成,每一阶段的能量和分形维数都不同.A-B段的能量最小,归一化值为0～0.0156,A-B段的分形维数居中,在LL方向均值为2.2796,标准差为0.0277,在LH方向均值为2.4516,标准差为0.0592.D-E段能量远大于A-B段,归一化值为0.8754～0.9652,但分形维数最小,LL方向均值为2.2214,标准差为0.0131,LH方方向均值为2.3477,标准差为0.0550.F-H(或G-H)段能量最大,归一化值达到1,同时分形维数也达到最大,LL方向均值为2.3414,标准差为0.0704,LH方向均值为2.5398,标准差为0.0263.最后,根据二次电子成像原理以及锆-4合金低周疲劳断口的形貌特征对此现象进行了初步分析.

关键词: 锆-4合金 , 裂纹 , 扩展期 , 能量 , 分形维数

第二相对Zr-4合金在400℃过热蒸汽中腐蚀吸氢行为的影响

姚美意 , 周邦新 , 李强 , 刘文庆 , 王树安 , 黄新树

稀有金属材料与工程

采用不同的热处理方法制备了Zr(Fe,Cr)2第二相大小、多少及Fe/Cr比不同的样品,并研究了Zr(Fe,Cr)2第二相对Zr-4合金腐蚀时吸氢行为的影响.结果表明,不同热处理的Zr-4样品,经400 ℃/10.3 MPa过热蒸汽腐蚀后吸氢量差别很大,与耐腐蚀性能之间并没有直接的对应关系.经β相加热空冷处理的样品第二相较小,也比较少,虽然耐腐蚀性能最差,但吸氢分数最低;经800℃加热处理的样品第二相粗大,数量增多,腐蚀速率略低于β相处理的样品,但吸氢分数最高;经720℃和600℃加热处理的样品第二相大小介于前2种样品之间,数量也很多,腐蚀速率明显低于β相处理的样品,但吸氢分数却高于后者.认为镶嵌在金属/氧化膜界面处还未被氧化的Zr(Fe,Cr)2第二相可以作为吸氢的优先通道,因而第二相的大小和数量是影响Zr-4合金腐蚀时吸氢行为差别的主要原因.

关键词: 锆-4合金 , 吸氢性能 , 耐腐蚀性能 , 热处理 , Zr(Fe,Cr)2第二相

氧化薄膜对锆-4合金表面性能的影响

张向宇 , 白新德 , 金兆熊 , 周庆刚 , 彭德全

稀有金属材料与工程

为了研究氧化薄膜对Zr-4合金表面性能的影响,对样品分别进行了350℃和400℃各10 min,15 min,20 min和25 min氧化.结果发现,不同条件下氧化生成的样品表面呈现不同的颜色.小角掠射X射线衍射分析(GAXRD)表明,生成的氧化物为非化学计量的六方相氧化锆.样品在0.5 mol/L的H2SO4溶液中进行电化学试验发现,氧化后样品的耐电化学腐蚀性能有所提高.而用纳米压痕仪试验的结果表明,氧化后样品有较高的纳米硬度和较低的弹性模量,意味着氧化后样品可能有更好的耐磨性.400℃氧化样品对合金性能的提高优于350℃氧化样品.

关键词: 锆-4合金 , 氧化 , 动电位极化 , 纳米压痕

Ce/Nb离子注入Zr-4合金氧化行为的比较

陈小文 , 蒋建平 , 陈洪 , 白新德 , 薛祥义

稀有金属材料与工程

利用MEVVA源对Zr-4合金分别进行1×1016 ions/cm2至1×1017ions/cm2剂量的铈离子与铌离子注入,比较了Ce/Nb离子注入对Zr-4合金氧化行为的影响.结果表明,铈离子注入可以较大程度地提高Zr-4合金的抗氧化性能,而铌离子注入则在一定程度上使Zr-4合金的氧化性能下降.GAXRD分析显示,铈离子注入促进了氧化锆由单斜相向六方相的转变,但铌离子注入却对氧化锆相的转变没有影响.并探讨了Ce/Nb离子注入影响Zr-4合金氧化行为的机理.

关键词: 锆-4合金 , 氧化行为 , 注入 , 相变

锆-4合金疲劳断口的分形维数分析

任文伟 , 康戈文 , 甘春泉 , 李聪 , 邱绍宇

稀有金属材料与工程

采用基于有限元反射模型的SFS(shapefrom shading)算法对锆-4合金低周疲劳断口进行三维重建,定量描述了断口表面的三维形貌.然后,根据小岛法的基本理论,研究了断口三维形貌的分维计算方法,计算了一系列平行于断口表面的分维值.结果表明:在40%～60%高度范围内,根据小岛法作出周长L(η)-面积A(η)在双对数图上呈近似直线关系,表明Zr-4合金断口具有良好的分形特征;分形维数D变化范围为1.5809～1.6450,平均值1.6031,标准差0.0237.表明在此切割高度范围内,高度对分维值影响较小.

关键词: 锆-4合金 , 疲劳断口 , 三维重建 , 小岛法 , 分形维数