【摘 要】
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在核反应堆中,随着燃料燃耗的加深,对锆合金燃料包壳材料的抗腐蚀和抗辐照性能的要求也越来越高,为此,近些年各国材料研究者开发了一系列先进的含Nb锆合金。其中,M5(Zr-1Nb)就是这样一种合金,其内部弥散分布的β-Nb沉淀颗粒在增强合金服役性能方面起到了关键作用。一般来说,M5合金管材或板材在加工成型过程中会涉及一系列的变形和退火工艺,其沉淀颗粒会在变形过程中发生演化,甚至溶解。然而,很少有文献报
【机 构】
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中国科学院金属研究所,沈阳110016
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在核反应堆中,随着燃料燃耗的加深,对锆合金燃料包壳材料的抗腐蚀和抗辐照性能的要求也越来越高,为此,近些年各国材料研究者开发了一系列先进的含Nb锆合金。其中,M5(Zr-1Nb)就是这样一种合金,其内部弥散分布的β-Nb沉淀颗粒在增强合金服役性能方面起到了关键作用。一般来说,M5合金管材或板材在加工成型过程中会涉及一系列的变形和退火工艺,其沉淀颗粒会在变形过程中发生演化,甚至溶解。然而,很少有文献报道这种溶解行为。此外,一旦锆合金中的沉淀相在变形过程中发生溶解,该合金便形成过饱和固溶体,在随后的退火过程中可能发生再沉淀。鉴于β-Nb沉淀颗粒在M5合金中的重要性,本文研究目标为(i)观察β-Nb颗粒是否随M5合金的变形发生溶解;(ii)如果(i)成立,观察变形的M5合金在随后的退火过程中的再沉淀行为。本文所用材料为经一系列轧制和退火处理得到的完全再结晶的Zr-1Nb合金板材,板材厚度为1mm,最后退火处理为570℃×4h,其组织如图1a所示。为了研究变形对β-Nb颗粒的影响,该板材经冷轧获得不同厚度,板材收缩率从10%到70%不等,图1b-e对应不同变形量的组织。为研究变形合金的再退火行为,本文对变形量为70%的板材在不同温度进行了不同时间的退火处理,退火温度从400℃到570℃不等,图2对应不同退火组织。由图1可知,β-Nb颗粒随冷轧变形量增加,其平均尺寸先增加后减小,而数量一直减小。由此可见,β-Nb颗粒在变形过程中发生了溶解,这一溶解过程也得到了XRD分析结果的证实。当冷轧收缩率达到70%时,Zr-1Nb合金中的β-Nb颗粒几乎全部溶解。对退火组织的观察表明:退火温度较高时,基体内有大量β-Nb颗粒沉淀;退火温度较低时,β-Nb颗粒的再沉淀行为不明显。进一步观察表明,β-Nb再沉淀颗粒优先在位错形核。
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