zr4合金管与incone1718冲击磨损性能与损伤机理研究

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1、万方数据西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：(1)研究方法上采用管／块接触方式，进行干态和水介质下冲击磨损试验研究，能够较真实反映Zr-4合金包壳管的实际运行工况。(2)不同介质中的冲击磨损机理有着明显的差异，干态条件下，Zr一4合金包壳管表面的磨损主要以氧化磨损和疲劳剥落为主，在水介质中，疲劳磨损是Zr-4合金包壳管的主要损伤机制。Zr-4合金包壳管在干态下的损伤情况要比水介质中严重。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的

2、研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担，文责自负。学位论文作者签名：栖‰日期：矽7f．多．孓万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要Zr-4合金是水冷动力堆燃料棒的包壳材料，燃料包壳管在工作过程中会受到复杂内外压力的影响，产生的压力差致使包壳管的微幅振动，微幅振动问题是影响核反应堆包壳管使用寿命的主要因素之一。本文通过模拟冲击磨损试验来揭示Zr．4合金包壳管损伤机理，为研究流质振动引发的冲击磨损损伤失效问题提供一定理论支持，因此本文研究具有重要的工程应用价值。本文采用JDTRJ．50冲击磨损

3、试验机，研究了核电燃料棒包壳管材Z“合金的冲击磨损性能及损伤机理。Zr-4合金管试件与Inconel718镍合金平板配副，分别在干态和水介质中，选择冲击频率为10Hz，冲击载荷分别为10N、20N和40N，冲击次数为0．5×105至10x105，进行冲击磨损试验。试验结束后采用光镜(OM，型号：OLYMPUS-BX60M)、JSM一7001F型扫描电子显微镜(SEM)、ContourGT光学轮廓仪、电子能谱仪(EDx)对磨痕形貌进行微观分析。结果表明：(1)载荷增大，冲击次数增加，试件Zr-4合金管冲击接触面积和深度逐渐增大，冲击损伤加剧。(2)荷载一定时，冲击次数增加，损伤面磨屑含

4、氧量经历较快增长、增速放缓以及基本稳定的变化过程。(3)较大载荷和冲击次数下，随着冲击次数持续增加，冲击磨损的损伤机理主要表现为塑性变形、磨损氧化和疲劳剥落的逐次出现、相互转换和协同作用。(4)干态和水介质中的冲击磨损机理有明显差异。干态条件下，Zr-4合金包壳管表面的冲击损伤以疲劳剥落和磨损氧化的相互转换和协同作用为主要损伤机制；在水介质中，疲劳剥落和磨粒磨损是Zr-4合金包壳管的主要损伤机制。关键词：核电材料；Zr-4合金；核燃料包壳管；冲击磨损；损伤机理万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第1I页AbstractZirconiumalloyislightwaterreacto

5、rfuelrodscladdingmaterial．Fuelcladdingwillbeaffectedbythecomplicatedinternalandexternalpressureintheworkprocess．Thepressuredifferencegeneratedmicroamplitudevibrationinshelltube．Microamplitudevibrationproblemisthenuclearreactortubeofoneofthemainfactors．Inthispaper,throughthesimulationofimpactwea

6、rtesttorevealthedamagemechanismofzirconiumalloy,toprovidesometheoreticalsupportforthedamageandfailureproblemofwearcausedbyflowinducedvibrationimpact，SOthisresearchhasimportantengineeringapplicationvalueTheimpactweartestsofZr一4alloytubesagainstInconel718Nickelalloyplateswerecardedoutonimpactwear

7、testmachineJDTRI·50，whichstudiedthenuclearfuelrodcladdingZr-4alloytubeimpactwearbehaviorandmechanismofdamage．Thetestparameterswereasfollows：theimpactmediumofdryandwater，theimpactfrequencyof10Hz，theimpactloadsrespectivelyof10N，20Na