《核用金属材料》PPT课件

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1、金属材料核工业无损检测中心王跃辉一、金属材料1.金属材料基本概念1.1材料分类金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料四大类金属材料通常可分为黑色金属和有色金属两大类。一、金属材料1.2黑色金属以铁元素为主要基体的金属或合金，如各类钢材和铸铁。1.3有色金属以其它金属元素作为基体的金属或合金，如铜合金、铝合金等。一、金属材料1.2金属晶体结构组成物质的原子在空间有序的排列，此种物质称为晶体。固态的金属和合金都是晶体。常见的晶体结构有体心立方面心立方密排六方一、金属材料体心立方一、金属材料面心立方一、金属材料密排六方一、金属材料多晶体

2、金属是由许多结晶方向不同的小晶粒组成晶粒每个规则排列的小晶体称为一个晶粒晶粒间的交界为晶界结晶金属从液态转变为固态的过程称为结晶一、金属材料1.3钢的基本组织含碳量0.02%-2%的铁碳合金称为钢铁素体—F在α-铁的晶格中溶入少量的碳原子，形成的间隙固溶体，称铁素体。原子排列体心立方，强度和硬度低，塑性和韧性好一、金属材料奥氏体—A碳在γ-铁中的固溶体称奥氏体原子排列面心立方。它塑性好，适合热压力加工渗碳体—Cm渗碳体是铁和碳形成的化合物Fe3C，含碳量6.67%硬度很高，塑性很差一、金属材料珠光体—PF＋Cm的机械混合物。P中的C

3、m以片状分布，称片状P强度和硬度较高，塑性也较好承压设备用钢的含碳量一般低于0.25%一、金属材料2.核设备常用结构材料2.1低碳钢含碳量≦0.25%特性：含碳量增加，钢的强度增加，塑性和韧性降低，焊接性能变差一、金属材料杂质的影响：硫硫生成硫化铁后，与铁在晶界形成低熔点共晶体，使钢在热轧时沿晶开裂，形成“热脆”，应严格限制其含量磷磷使铁素体晶格畸变，大大降低钢的塑性和韧性，形成“冷脆”一、金属材料氢氢还会引起氢脆，产生白点核承压设备用低碳钢的主要有：20HR、SA106B、16Mn主要在核电站的二、三级设备、主蒸汽管道、二回路管道

4、、安全壳衬里等上面使用一、金属材料2.2低合金高强度钢钢中添加了不超过10%的合金元素改造钢的各种性能，得到既有较高的强度，又有较好的塑性和韧性一、金属材料核电站的反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、主泵壳体等。这些设备采用锻件制造，各国都用ASME规范规定的SA508cl.3钢或成分类似的其它牌号钢。核承压设备的螺栓也主要用低合金高强度钢，它们的牌号有SA540、40CrNiMo、42CrMo、42CrMo钢棒材。一、金属材料2.3奥氏体不锈钢在钢中加入18%左右的铬和8%以上的镍时，可在常温下获得单相奥氏体组织，称为奥氏体不锈钢

5、具有优良的耐腐蚀性和焊接性堆内构件材料、离心浇注的主管道、主管道安全端、驱动机构材料、热交换器传热管等设备中被广泛使用一、金属材料2.4有色金属有色合金也是核设备制造的重要材料蒸汽发生器的U型传热管多采用Inconel800、Inconel600或Inconel690等材料来制造，其耐应力腐蚀性强Inconel合金中的镍含量很高，可归类于镍基合金。一、金属材料传热管设备冷却热交换器和凝汽器大量采用钛管来做传热管钛具有低的密度、高的强度和高的腐蚀稳定性。钛合金不发生接触腐蚀和溃疡腐蚀，特别重要的是不发生应力腐蚀一、金属材料3.核燃料元

6、件常用材料3.1铀及铀合金天然存在的裂变材料只有235U，它是铀的一种同位素压水堆核电站常用UO2作为裂变材料一、金属材料3.2铀的氧化物和化合物二氧化铀和铀的化合物是制造燃料元件的主要核材料之一二氧化铀在熔点以下只有一种结晶形态，并且是各项同性二氧化铀的热导系数很低，具有良好的耐腐蚀性能一、金属材料3.3常用包壳材料核燃料元件的包壳是用于保护核燃料不受冷却剂的腐蚀和其它机械损伤，并防止裂变产物进入冷却回路。制造核燃料元件包壳的材料要求对中子的吸收截面小，有一定的机械强度，抗冷却剂腐蚀以及对裂变产物的化学稳定一、金属材料铝及铝合金铝

7、及铝合金是制造核燃料包壳的常用材料。由于它耐高温水腐蚀能力和强度的限制，多半应用于低温生产堆和试验堆中。铝镁硅系合金或铝铁镍镁合金的性能有所提高，但可焊性不好，影响了使用一、金属材料锆合金锆的热中子吸收截面小，在一定的温度下能保持足够强度，耐腐蚀性和高温机械性能好在动力堆中广泛使用常用的锆-2、锆-4和M5一、金属材料不锈钢奥氏体不锈钢已被广泛应用在快中子堆的燃料元件包壳上它的优点是对水、气体和液态金属都有很好的耐腐蚀性，可焊性好，价格比锆便宜得多一、金属材料缺点是热中子吸收截面大，它做的包壳壁厚较薄。但快中子堆的中子能量大，中子损

8、失影响不大。若要用在热中子堆中则必须采用更浓缩的铀一、金属材料4.金属材料的性能金属材料的力学性能主要有:强度、塑性、硬度、韧性强度金属抵抗永久变形和断裂的能力塑性金属材料受力时，产生不可恢复的变形而不破坏的能力一、金属材料硬度材料抵