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文檔簡介
1、鋯合金由于其具有較小的中子吸收截面,較好的力學(xué)性能、耐腐蝕性能和抗輻照性能,被廣泛應(yīng)用于核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料。提高鋯合金的性能,包括力學(xué)性能,抗蠕變性能和耐腐蝕性能有利于提高核反應(yīng)堆的安全性。Sn、Mo、Nb和Fe是鋯合金材料重要的添加元素,F(xiàn)e的存在有利于提高鋯合金的耐腐蝕性能,Mo可以提高鋯合金的抗蠕變性能。本項(xiàng)目擬研究Zr-Sn-Mo-Nb-Fe多元鋯合金組織與性能變化的關(guān)系。項(xiàng)目采用萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)、硬度計(jì)、納米壓痕測試儀、電化學(xué)工作
2、站和透射電子顯微鏡(TEM)等儀器研究Zr-1.0Sn-xMo-1.0Nb-0.1Fe(x=0.2,0.4,0.6,0.8,wt.%)和Zr-1.0Sn-0.5Mo-1.0Nb-yFe(y=0.1,0.3,0.5,0.8,wt.%)系列鋯合金力學(xué)性能、抗蠕變性能、耐腐蝕性能和微觀組織結(jié)構(gòu)隨著Mo和Fe含量的變化關(guān)系。作為揭示合金相變規(guī)律(Zr-Sn-Mo-Nb-Fe五元合金相圖)研究工作的一部分,項(xiàng)目還利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電
3、子顯微鏡(SEM)和能譜儀(EDS)等儀器研究了(Zr-2.0Sn)-Nb-Fe偽三元體系富(Zr-2.0Sn)區(qū)700℃等溫截面。上述工作獲得以下重要的研究成果:
(1)研究了隨著Mo含量變化的Zr-1.0Sn-xMo-1.0Nb-0.1Fe(x=0.2,0.4,0.6,0.8,wt.%)合金的相關(guān)性能。在力學(xué)性能方面,Mo含量為0.4wt.%的鋯合金,屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別為722.1MPa和867.3MPa,其強(qiáng)度最高,
4、塑性為33.0%,僅次于Mo含量為0.8wt.%的鋯合金,其塑性為37.4%。隨著Mo含量的增加,鋯合金的硬度整體呈增加趨勢,楊氏模量呈下降趨勢。隨著Mo含量的增加,鋯合金的抗蠕變性能增加;Mo含量為0.8wt.%時(shí),抗蠕變性能最好,利用納米壓痕法測試發(fā)現(xiàn),該鋯合金在加載載荷為40mN時(shí),蠕變應(yīng)力指數(shù)達(dá)到3.8,高于純鋯的蠕變應(yīng)力指數(shù)。研究發(fā)現(xiàn),蠕變應(yīng)力指數(shù)也隨著最大加載載荷的增加而增加,但合金蠕變性能的變化趨勢不變。在耐腐蝕性能方面,
5、Mo的添加可以在一定程度上提高鋯合金的耐腐蝕性能,利用失重法測出Mo的添加量為0.2wt.%的鋯合金,其腐蝕速率僅為0.002mg·cm-2·h-1,電化學(xué)測試結(jié)果表明該合金的腐蝕電流密度為4.68×10-5mA·cm-2,其阻抗為2118.36Ω·cm2。三組實(shí)驗(yàn)均表明當(dāng)Mo的添加量為0.2wt.%時(shí),鋯合金的耐腐蝕性能最好。
(2)研究了隨著Fe含量變化的Zr-1.0Sn-0.5Mo-1.0Nb-yFe(y=0.1,0.3
6、,0.5,0.8,wt.%)合金的相關(guān)性能。在力學(xué)性能方面,當(dāng)Fe的添加量為0.5wt.%時(shí),鋯合金的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和塑性分別為681.1MPa,814.6MPa和30.2%,強(qiáng)度達(dá)到最大和塑性最好。隨著Fe含量的增加,硬度整體趨勢在增加,楊氏模量呈現(xiàn)一個(gè)下降的趨勢,其中硬度和楊氏模量均隨著加載載荷的增加而增加。在抗蠕變性能方面,隨著Fe含量的增加,鋯合金的抗蠕變性能先增加后減小,其中Fe含量為0.1wt.%時(shí),抗蠕變性能最好,其蠕
7、變應(yīng)力指數(shù)在加載載荷為40mN時(shí)達(dá)到3.5,小于純鋯和其他Fe含量的鋯合金。在耐腐蝕性能方面,F(xiàn)e的添加可以在一定程度上提高鋯合金的耐腐蝕性能,F(xiàn)e含量為0.1wt.%時(shí),利用失重法得出的腐蝕速率為0.033mg·cm-2·h-1,電化學(xué)測試得出的腐蝕電流密度為1.80×10-5mA·cm-2,阻抗為1636.84Ω·cm2。三個(gè)研究結(jié)果均表明Fe含量為0.1wt.%的鋯合金耐腐蝕性能最好,隨著Fe含量的增加耐腐蝕性能變差。
8、(3)建立了(Zr-2.0Sn)-Nb-Fe偽三元體系富(Zr-2.0Sn)區(qū)700℃等溫截面相圖。確定(Zr-2.0Sn)-Nb-Fe偽三元體系700℃等溫截面在富(Zr-2.0Sn)區(qū)域由1個(gè)單相區(qū)、8個(gè)兩相區(qū)、8個(gè)三相區(qū)和3個(gè)四相區(qū)組成。研究發(fā)現(xiàn),(Zr-2.0Sn)-Nb-Fe偽三元體系富(Zr-2.0Sn)區(qū)存在(α-Zr)+(β-Zr)+(ZrNb)2Fe+θ,Zr2Fe+Zr(NbFe)2+(ZrNb)2Fe+θ和Zr(N
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