鋯合金管材氫化物微觀結(jié)構(gòu)及取向研究.pdf

1、鋯合金具有熱中子吸收截面小、機(jī)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(yīng)用在核反應(yīng)堆中。核反應(yīng)堆的運(yùn)行過程中，包殼材料在高溫水腐蝕下會(huì)吸氫，而氫在鋯合金中的固溶度十分有限，當(dāng)鋯合金中的氫含量超過極限固溶度時(shí)就會(huì)析出氫化物。氫化物在所有溫度下都是極易脆斷的，會(huì)導(dǎo)致包殼材料韌性下降，并最終導(dǎo)致包殼材料的破壞。
　　本文以國(guó)產(chǎn)Zr-Sn-Nb新鋯合金管材為研究對(duì)象，該管材有去應(yīng)力和再結(jié)晶兩種

2、加工狀態(tài)。采取氣相滲氫的方法對(duì)管材進(jìn)行滲氫，并通過控制不同的滲氫保溫時(shí)間（4h、6h和8h）得到不同的氫含量。采用光學(xué)金相顯微鏡（OM）、電子背散射衍射（EBSD）和透射電子顯微鏡（TEM）對(duì)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(xué)取向關(guān)系。得出的主要研究結(jié)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

3、化物都比較少，其中再結(jié)晶態(tài)的徑向氫化物比去應(yīng)力態(tài)的多，再結(jié)晶態(tài)管材的平均氫化物取向因子f40為0.1623，去應(yīng)力態(tài)管材的為0.0414。另外，無(wú)論是根據(jù)氫化物取向因子f40統(tǒng)計(jì)還是金相照片，均發(fā)現(xiàn)沿著管材的內(nèi)中外區(qū)域徑向氫化物依次增多。
　　(2)對(duì)管材織構(gòu)分析顯示，去應(yīng)力態(tài)和再結(jié)晶態(tài)管材均為典型的C軸雙峰織構(gòu)，去應(yīng)力態(tài)中存在<101?0>//AD織構(gòu)，再結(jié)晶態(tài)中存在<112?0>//AD織構(gòu)。去應(yīng)力態(tài)和再結(jié)晶態(tài)的取向因子均呈現(xiàn)

4、FRD>FTD>FAD，即徑向織構(gòu)占主導(dǎo)，根據(jù)徑向織構(gòu)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(jié)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(nèi)氫化物、晶間氫化物和穿晶氫化物，這三種氫化物在去應(yīng)力態(tài)和再結(jié)晶態(tài)管材中均有發(fā)現(xiàn)。另外，還發(fā)現(xiàn)了點(diǎn)狀氫化物，相比之下，去應(yīng)力態(tài)中更多，且有些點(diǎn)狀氫化物有互相連

5、接形成條狀氫化物的趨勢(shì)。
　　(4)通過極圖分析Zr基體與氫化物間的晶體學(xué)取向關(guān)系顯示，去應(yīng)力態(tài)和再結(jié)晶態(tài)管材的晶內(nèi)氫化物與 Zr基體的取向關(guān)系均為(0001)α∥{111}δ。去應(yīng)力態(tài)管材中只有一條晶間氫化物與α-Zr基體的取向關(guān)系為{101?7}α∥{111}δ，其余均為(0001)α∥{111}δ，再結(jié)晶態(tài)管材中只有一條晶間氫化物與α-Zr基體的取向關(guān)系為{101?0}α∥{111}δ，其余也均為(0001)α∥{111}δ