收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

锆合金的低周疲劳行为研究

李聪  
【摘要】: 由于锆的热中子吸收截面小,并具有优异的耐高温水腐蚀性能、良好的综合力学性能和理想的热导率,因此,锆合金被用作核电站水冷动力堆核燃料元件的包壳材料和堆芯的其它结构材料。反应堆运行时,堆功率的波动和水冷却介质的流动使燃料组件及其它构件经受不同形式的循环变形,在极端情况下容易出现破损。因此,要保障核电站水冷动力堆的安全运行,就要对锆合金的低周疲劳行为有详尽的了解和认识。特别是当要求研制新型高性能的燃料组件以降低核电成本时,对锆合金低周疲劳行为的研究就显得尤为迫切。 本文采用对称拉压循环变形方法(R_ε=ε_(min)/ε_(max)=-1),系统研究了织构、热处理状态、氢对Zr-4合金低周疲劳性能的影响,Zr-4合金、N18合金和N36合金的循环变形行为,并研究了摩擦应力、背应力随循环周次、塑性应变幅的变化规律。结合疲劳亚结构和疲劳断口的分析结果,深入探讨了影响合金低周疲劳行为的作用机制。 Zr-4合金低周疲劳性能的研究表明,不同冶金状态的Zr-4合金在室温和400℃的低周疲劳寿命(N_f)都随塑性应变范围(Δε_p)的增加而降低,并遵循Coffin-Manson关系N_f~βΔε_p=C。但是,冶金状态不同,合金的抗疲劳性能不同。对于冷加工后经再结晶退火处理的Zr-4合金,轧制方向的低周疲劳寿命比横向要大。随着Δε_p的降低,两个方向的低周疲劳寿命的差别相应增加,这是由于合金中存在织构的缘故。冷加工后经再结晶退火处理的Zr-4合金在β固溶处理后,抗疲劳性能明显降低,这主要是由于β固溶处理降低了合金的Schmid因子;β固溶处理后在α相区的退火对疲劳性能有影响,即500℃×1.5h退火的抗疲劳性能要优于750℃×1.5h退火,这主要与500℃×1.5h退火的合金中沉淀相粒子的数量较少有关。240μg/g的氢要改善Zr-4合金在400℃的抗疲劳性能,其主要原因是α-Zr基体中的固溶氢(~200μg/g)弱化了位错与氧等溶质原子、位错与 摘要 ----------------~~~~~~~~~~~~~~~~月.................................................,,....____ 钉扎点的相互作用,促进了位错的发射,增强了位错的活动性。 用单试样法或多试样法,研究了错合金在室温和400℃的循环变形。结果 表明,无论在室温还是在400℃,循环饱和应力,、随塑性应变幅二,的变化满足 乘幕关系cT、一K“二,”‘。在低应变范围,冷加工后经再结晶退火处理的错合金的 循环应力一应变曲线位于单调拉伸曲线的下方,表现为循环软化;在高应变范围 则位于单调拉伸曲线的上方,表现为循环硬化。对于室温下恒应变幅的循环变 形,在应变幅较低时表现为循环软化直至疲劳破坏;在应变幅较高时,循环变 形的初期为循环硬化,随后是循环软化直至疲劳破坏。在400℃,合金要发生 动态应变时效,其原因是氧等溶质原子对可动位错的钉扎作用而导致合金的摩 擦应力增大。含240林留g氢的zr一4合金在400℃的循环变形行为和无氢zr-4合 金是一样的,但是,含氢Zr一4合金的动态应变时效不象无氢Zr一4合金那样明显, 因为固溶氢卜200林留g)弱化了位错与氧等溶质原子、与钉扎点的相互作用。 Masing特性的研究表明,错合金具有Masing特性的充分必要条件为:对 于任一应变范围的循环变形,在某一给定的应变值,其对应的背应力和摩擦应 力都是相同的。经p固溶处理后的错合金在室温下极易具有Masing特性。 用Cottrell方法对滞后回线进行了分析。结果表明,随着循环变形的进行, 合金中的晶粒要转动,使晶粒位于具有更高Sch刀11d因子的晶体学取向位置,摩 擦应力相应降低。晶粒转动的难易程度与织构和晶粒形态。织构越强,晶粒转 动越容易,摩擦应力的降低也就越明显。对于经p固溶处理而得到的板条状晶粒 组织,由于a晶粒团的晶界犬牙交错,晶粒不易转动,摩擦应力只是略微降低。 Zr-4合金在400℃时的摩擦应力要比室温时的低;由于动态应变时效,摩擦应 力。、会随应变幅的增加而缓慢增长;增加合金中沉淀相粒子的数量或a一Zr基 体中合金元素的含量要增加摩擦应力;a一Zr基体中的固溶氢要降低Zr一4合金在 400℃时的摩擦应力,因为固溶氢弱化了位错与氧等溶质原子、位错与钉扎点的 相互作用。晶粒之间变形的不协调是引起背应力的主要原因;背应力。。随塑性 应变幅:,的变化满足对数关系,,一K占hi:,+吼。在塑性应变幅二,‘恒定时,织 构越强,背应力,,越低;晶粒越细,背应力J。越大。固溶氢要增加Zr-4合金 在400℃时的背应力,因为位错与固溶氢之间存在长程的弹性相互作用。错合 金在循环变形时,应力响应都是非对称的,压缩时的流变应力可总是大于拉伸 时的流变应力司,造成这种差别的主要原因是合金中的晶间热应力。 四川大学博士学位论文:镌合金的低周疲劳行为研究 口日‘ 沪尸产 用透射电子显微镜研究了疲劳试样的亚结构。结果表明,在循环变形过程 中,只有部分晶粒发生塑性变形,晶粒之间的塑性变形程度各不相同。随着应 变幅的增加,晶粒的塑性变形程度相应增加,发生塑性变形的晶粒所占的


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;飞机燃气轮机中的低周疲劳[J];机械工程材料;1981年02期
2 赵廷仕;;45钢低周拉压疲劳累积损伤[J];机械强度;1993年03期
3 韩振贵;石油化工设备用钢抗震许用应力准则探讨[J];抚顺石油学院学报;1996年04期
4 颜勇;童云生;;循环弹塑性有限元分析在低周疲劳中的应用[J];西安交通大学学报;1989年01期
5 杨平生,廖小宁,洪春勇;应变速率对低碳钢疲劳断裂机制的影响[J];南昌大学学报(理科版);1994年04期
6 毛雪平,杨昆,刘宗德,蒲泽林;30Cr2MoV转子钢的常温低周疲劳的实验研究[J];动力工程;2002年01期
7 冯志强;;聚合釜筒体产生裂纹的原因分析与控制对策[J];石油化工安全技术;2006年01期
8 田锋;李中奎;张建军;王文生;周军;;M5合金的高温低周疲劳性能研究[J];稀有金属;2008年06期
9 史耀武;史轩;;工程机械用800MPa低合金高强度钢焊接接头低周疲劳性能研究[J];兵器材料科学与工程;2011年01期
10 尹树明;赵述哲;成泰民;;等通道转角挤压处理的镁合金AZ31的低周疲劳行为[J];轻金属;2011年08期
11 范志超 ,蒋家羚;16MnR中温环境下应力控制的低周疲劳行为研究(一)[J];压力容器;2002年11期
12 蔡力勋;陈旭;;用于多轴低周疲劳试验与分析的MTS应用软件研究[J];机械强度;1992年04期
13 盛光敏,龚士弘,彭侃;高应变低周疲劳的能量分析方法[J];重庆大学学报(自然科学版);1993年06期
14 李云卿,唐祥云,马莒生,黄乐;62Sn─36Pb─2AgSMT封装焊点的等温剪切低周疲劳特征[J];金属学报;1994年04期
15 张以增,李国琛,徐明英,杜明亮,樊卫东;低碳钢的大应变低周疲劳[J];机械强度;1995年04期
16 叶笃毅,王德俊,平安;低周疲劳中结构钢的宏观与细观变形行为[J];钢铁研究学报;1996年03期
17 洪鹤,孙家仲,陈立佳;镍基高温合金GH4049的高温低周疲劳行为[J];沈阳工业大学学报;2003年02期
18 丰崇友;王兴国;于海生;佟立丰;刘义虎;;纯钛BT1-0低周疲劳损伤机理的研究[J];佳木斯大学学报(自然科学版);2006年01期
19 付鹏飞;刘方军;毛智勇;李晋炜;;电子束局部热处理对TC4合金接头疲劳性能影响[J];材料热处理学报;2007年02期
20 郑凌凌;宋儒将;;转炉余热锅炉运行实践及其改造思路[J];有色设备;2010年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘绍伦;;预应力低周疲劳及弹塑性有限元分析[A];北京力学会第14届学术年会论文集[C];2008年
2 王丽英;李金许;;9Ni钢的低周疲劳行为研究[A];2010年海峡两岸材料破坏/断裂学术会议暨第十届破坏科学研讨会/第八届全国MTS材料试验学术会议论文集[C];2010年
3 张亚军;高灵清;张利娟;;800MPa级钢悬臂弯曲加载低周疲劳表面裂纹扩展特性研究[A];第十五届全国疲劳与断裂学术会议摘要及论文集[C];2010年
4 黄学伟;蔡力勋;史培垒;;TA17合金缺口试样的单轴低周疲劳与寿命预测模型[A];四川省力学学会2008年学术大会论文集[C];2008年
5 付祥卫;黄增宏;;汽水管道低周疲劳和蠕变条件下使用寿命的分析方法[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策(上册)[C];2002年
6 陈海波;殷琰;肖维灵;;45号钢和Glidcop的低周疲劳裂纹扩展行为研究[A];塑性力学新进展——2011年全国塑性力学会议论文集[C];2011年
7 张亚军;高灵清;张利娟;;压力容器低周疲劳表面裂纹扩展速率试验研究[A];2010年海峡两岸材料破坏/断裂学术会议暨第十届破坏科学研讨会/第八届全国MTS材料试验学术会议论文集[C];2010年
8 徐坚;钟曼英;郭世行;;氢反应器壁材料的低周疲劳特性[A];疲劳与断裂2000——第十届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2000年
9 刘维维;唐定中;李嘉荣;刘世忠;韩梅;;第二代单晶高温合金DD406(DD6)低周疲劳行为[A];动力与能源用高温结构材料——第十一届中国高温合金年会论文集[C];2007年
10 田锋;李中奎;张建军;王文生;周军;;M5合金的高温低周疲劳性能研究[A];中国有色金属学会第十二届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 赵萍;航空发动机单晶叶片的多轴低周疲劳研究[D];中南大学;2011年
2 李聪;锆合金的低周疲劳行为研究[D];四川大学;2003年
3 丁智平;复杂应力状态镍基单晶高温合金低周疲劳损伤研究[D];中南大学;2005年
4 黄志伟;MCrAlY涂覆的镍基高温合金及其基体合金的等温和热机械疲劳行为[D];大连理工大学;2008年
5 肖维灵;Glidcop材料疲劳特性及同步辐射挡光元件的热疲劳寿命研究[D];中国科学技术大学;2014年
6 吴晓源;大型FPSO船舶结构疲劳寿命预报方法研究[D];上海交通大学;2008年
7 李贵军;特种压力容器用钢2.25Cr1Mo的中温低周疲劳行为及寿命评估技术的研究[D];浙江大学;2004年
8 沈洪;激光弯曲成形的精度控制研究[D];上海交通大学;2007年
9 孙鹏;电子封装中无铅焊点的界面演化和可靠性研究[D];上海大学;2008年
10 王琮;通载浮桥的水弹性响应及其桥垮接头疲劳性能研究[D];上海交通大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈胤桢;平均应变对7050-T7451铝合金低周疲劳力学行为的影响研究[D];浙江大学;2012年
2 彭金波;铝合金的棘轮及低周疲劳行为研究[D];西南交通大学;2014年
3 凌绪玉;Zr-4合金低周疲劳性能研究[D];四川大学;2003年
4 黄学伟;新结构材料力学行为的获取方法[D];西南交通大学;2010年
5 李万祺;一种半刚性连接节点的低周疲劳性能分析[D];合肥工业大学;2004年
6 范志毅;16MnR钢的低周疲劳裂纹萌生寿命及其概率统计模型的研究[D];东南大学;2004年
7 米海蓉;转子钢在不同温度下的低周疲劳性能研究[D];哈尔滨工程大学;2001年
8 巩俊松;双腹板—顶底角钢的半刚性节点低周疲劳性能研究[D];合肥工业大学;2006年
9 陈小敏;AZ91镁合金单轴棘轮效应及低周疲劳行为研究[D];中南大学;2012年
10 嵇文青;变形镁合金低周疲劳行为研究[D];南京理工大学;2013年
中国重要报纸全文数据库 前1条
1 迟明;对待液化石油气钢瓶大意不得[N];中国安全生产报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978