u-2.5wt％nb合金的氢蚀及其对力学性能影响

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1、万方数据u一2．5wt％Nb合金的氢蚀及其对力学性能影响独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国工程物理研究院或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字日期：如叮年叶月lr日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解并接受中国工程物理研究院研究生部有关保存、使用学位

2、论文的规定，允许论文被查阅、借阅和送交国家有关部门或机构，同时授权中国工程物理研究院研究生部可以将学位论文全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。导师签名：翠小辩签字日期：2帕7年厂月舌日上九日嘶呱参明名年签彳1者b隘叫文期沦日位字学签万方数据u-2．5wt％Nb合金的氢蚀及其对力学性能影响此页空白万方数据u一2．5wt％Nb合金的氢蚀及其对力学性能影响摘要金属铀及其合金作为核工程中重要组成材料而备受关注。铀及其合金非常活泼且存在多种相结构，在其贮存和使用过程中存在两

3、个方面的老化问题：与环境气氛作用引起的表面腐蚀和不稳定相分解引起的结构性能变化。因此这两方面就成为铀及其合金研究的热点和难点。本论文以U．2．5wt％Nb合金表面氢腐蚀可能引起合金力学性能老化的问题为研究背景而展开。(1)系统地利用在线显微镜研究了U一2．5wt％Nb合金氢蚀初期氢化物的生长与成核动力学。研究结果表明，在一定温度范围内，氢化物的生长速度与反应温度符合Arrhenius关系，U一2．5wt％Nb合金氢化物生长激活能为24．34kJ／mol。在远离平衡态的实验条件下，压力对氢化物生长速度影响显得非常弱。

4、样品表明氢化物成核数目的试验结果表明氢化物成核速度与温度遵从Arrhenius关系，与压力成正比。对氢蚀成核位置的初步研究发现，对于u．2．5wt％Nb合金，晶界并不是成核的优先选择，样品表面某些尖角处和粗糙处容易发生氢蚀，材料表面越粗糙，氢蚀越易发生。(2)系统地研究了U．2．5wt％Nb合金氢蚀初期孕育期影响因素，并探讨了其内在机制。研究结果表明：U．2．5wt％Nb合金氢蚀存在孕育期，相对于未合金化铀，U一2．5wt％Nb合金更易发生氢蚀。u．2．5wt％Nb与U合金氢蚀成核形貌也有所不同。温度和压力对孕育期

5、实验揭示了孕育期存在机理，即“扩散屏蔽”机制。较低温下(<125℃)孕育期随反应温度的升高而减小，表现为Arrhenius关系，其表观活化能为22．92kJ／mot。孕育期随反应压力升高而减小，孕育期与反应氢压力成反比关系。孕育期随氧化膜增加而显著增加。超过125℃，孕育期随反应温度的升高而增加，表明孕育期的“扩散屏蔽”机制已经失效。利用现有处理手段，对氢蚀动力学不同影响因素进行了研究，结果表明，预热处理显著影响U．2．5wt％Nb合金氢蚀孕育期；表面等离子注氮能显著提高u一2．5wt％Nb合金的抗氢蚀性能。添加不

6、同浓度CO的氢气非常明显的延长了孕育期。(3)利用加速腐蚀方法，采用标准拉伸力学试样，研究了氢腐蚀对材料力学性能的影响。结果显示，u．2．5wt％Nb合金断后伸长率和断面收缩率下降非常明显，抗拉强度略有下降，屈服强度和弹性模量变化不明显。拉伸样表面腐蚀形貌、断口形貌、剖面形貌试验结果显示，氢蚀引起的表面缺陷如蚀坑、微裂纹、氢扩散区导致了材料力学性能的下降，生成氢化物相是导致材料变脆的主要原因。获得了u一2．5wt％Nb合金准静态下拉伸本构方程，氢蚀后材料的应变硬化能力发生变化。采用应变能密度理论，以表面存在微裂纹的

7、拉伸样来模拟氢腐蚀的影响，计算了表面存在不同长度微裂纹时应变能密度的变化。模拟结果显示，表面腐蚀形成的缺陷如微裂纹确实降低了氢化腐蚀后铀铌合金抗拉强度和延伸率，特别是延伸率下降较多。随着裂纹尺度的增加，力学性能参数下降更多。有限元计算结果与实验结果吻合较好。万方数据U．2．5wt％Nb合金的氢蚀及其对力学性能影响计算了含有一定环境气氛的铀材料在密闭体系经过长期充分作用后，体系内各组分的含量，尤其是氢分压和氢量。结果表明湿度引起的水含量生成的氢气量，足以使材料发生氢腐蚀，当湿度为80％时最大单位面积腐蚀量可达0．09

8、6tool／ram2，但这个腐蚀量不足以引起材料整体力学性能发生较大变化。但是如果这么大的氢气量在某个薄弱点发生腐蚀，不能以平均值计算。(4)利用Hopkinson杆实验研究了u．2．5wt％Nb合金动态力学行为和微结构变化，并研究表面氢蚀对其动态力学行为的影响。获得了材料在10一．103／s应变速率范围内材料的应力应变曲线，利用Johnson—Cook本构