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TZM合金中子輻射處理

TZM合金如何進行中子輻射處理?

中子輻射是改變TZM合金延性-脆性轉變溫度(DBTT)和力學性能的一種重要方法。

TZM合金經中子輻射後,會發生輻射硬化,對脆性斷裂更加敏感,從而使延性降低。通過對合金顯微組織的觀察,發現合金經中子輻射後在體內形成大量的點缺陷(如位錯環和孔隙),這些點缺陷使得材料在變形時所產生的應力大於材料的內在斷裂應力。

在對TZM合金的中子輻射過程中,輻射溫度是一個很關鍵的因素,它對合金的DBTT和拉伸強度影響很大。B.N.Singh等人在對TZM合金的中子輻射研究中發現,TZM合金經中子輻射後,拉伸性能有了明顯提高,但延性下降非常大,同時硬度有一定增加,表為TZM鉬合金在294℃經中子輻射後的性能變化。可以看到,合金經中子輻射,在室溫測試時拉伸強度有一定提高,但延伸率幾乎為零;當測試溫度提高到600℃時,拉伸強度值達到最大,但合金仍沒有延伸率;直到測試溫度為800℃,合金才具有一定的延伸率(1.7%)。在294℃輻射後,合金體內形成大量的小孔隙和位錯環,它們對位錯的暫態移動起到一個穩定的阻礙作用,因而合金的拉伸強度比輻射前有了顯著提高,但同時也使合金延性變差。

表 TZM鉬合金輻射前後的拉伸性能資料

測試溫度/℃

輻射條件

拉伸強度/MPa

延伸率/%

室 溫

无輻射 815. 5 16.4
294℃輻射 912.9 0.01
600 无輻射 597.0 4.7
294℃輻射 1 166.6 0.01
700 无輻射 572.0 4.5
294℃輻射 1 094.9 0.09
800 无輻射 551.1 4.2
294℃輻射 920.5 1.7

從表的拉伸性能資料,可以判斷TZM鉬合金在294℃輻射後的DBTT為800℃,顯微組織觀察證實了該判斷。

tzm合金tzm合金tzm合金

注: 由左到右依次為:TZM合金輻射前的拉伸斷口SEM照片、TZM合金輻射後在600℃檢測的拉伸斷口SEM照片及TZM合金輻射後在800℃檢測的拉伸斷口SEM照片

從上圖可以看出,在600℃拉伸後的樣品,晶粒取向還很混亂,而在800℃拉伸後晶粒取向相對較一致,拉伸時有利於塑性變形。B.V.Cockeram等人[28]通過對TZM鉬合金在294~1 100℃的中子輻射研究,發現在300℃輻射時,合金的DBTT由輻射前的-50℃提高到輻射後的800℃,同時拉伸強度提高很多;在600℃輻射時,拉伸強度也有所提高,但輻射後的DBTT為700℃;當在935~1100℃輻射時,合金發生輻射硬化,輻射後的DBTT為-50℃。在關於TZM合金的中子輻射研究中,一個共同的認識就是在較低溫度輻射時,合金體內形成大量小的孔隙,但當輻射溫度較高時(如高於600℃),容易在合金體內產生一些大孔隙,使合金的DBTT降低。

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