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TZM合金中子辐射处理

TZM合金如何进行中子辐射处理

中子辐射是改变TZM合金延性-脆性转变温度(DBTT)和力学性能的一种重要方法。

TZM合金经中子辐射后,会发生辐射硬化,对脆性断裂更加敏感,从而使延性降低。通过对合金显微组织的观察,发现合金经中子辐射后在体内形成大量的点缺陷(如位错环和孔隙),这些点缺陷使得材料在变形时所产生的应力大于材料的内在断裂应力。

在对TZM合金的中子辐射过程中,辐射温度是一个很关键的因素,它对合金的DBTT和拉伸强度影响很大。B.N.Singh等人在对TZM合金的中子辐射研究中发现,TZM合金经中子辐射后,拉伸性能有了明显提高,但延性下降非常大,同时硬度有一定增加,表为TZM钼合金在294℃经中子辐射后的性能变化。可以看到,合金经中子辐射,在室温测试时拉伸强度有一定提高,但延伸率几乎为零;当测试温度提高到600℃时,拉伸强度值达到最大,但合金仍没有延伸率;直到测试温度为800℃,合金才具有一定的延伸率(1.7%)。在294℃辐射后,合金体内形成大量的小孔隙和位错环,它们对位错的瞬时移动起到一个稳定的阻碍作用,因而合金的拉伸强度比辐射前有了显著提高,但同时也使合金延性变差。

表 TZM钼合金辐射前后的拉伸性能数据

测试温度/℃ 辐射条件 拉伸强度/MPa 延伸率/%
室 温 无辐射 815. 5 16.4
294℃辐射 912.9 0.01
600 无辐射 597.0 4.7
294℃辐射 1 166.6 0.01
700 无辐射 572.0 4.5
294℃辐射 1 094.9 0.09
800 无辐射 551.1 4.2
294℃辐射 920.5 1.7

从表的拉伸性能数据,可以判断TZM钼合金在294℃辐射后的DBTT为800℃,显微组织观察证实了该判断。

tzm合金tzm合金tzm合金

注: 由左到右依次为:TZM合金辐射前的拉伸断口SEM照片、TZM合金辐射后在600℃检测的拉伸断口SEM照片及TZM合金辐射后在800℃检测的拉伸断口SEM照片

从上图可以看出,在600℃拉伸后的样品,晶粒取向还很混乱,而在800℃拉伸后晶粒取向相对较一致,拉伸时有利于塑性变形。B.V.Cockeram等人[28]通过对TZM钼合金在294~1 100℃的中子辐射研究,发现在300℃辐射时,合金的DBTT由辐射前的-50℃提高到辐射后的800℃,同时拉伸强度提高很多;在600℃辐射时,拉伸强度也有所提高,但辐射后的DBTT为700℃;当在935~1100℃辐射时,合金发生辐射硬化,辐射后的DBTT为-50℃。在关于TZM合金的中子辐射研究中,一个共同的认识就是在较低温度辐射时,合金体内形成大量小的孔隙,但当辐射温度较高时(如高于600℃),容易在合金体内产生一些大孔隙,使合金的DBTT降低。

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