【摘 要】
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锆被称为“原子能时代的第一金属”,拥有优异的核性能、耐腐蚀性和高温力学性能,锆及其合金是核工业中常用的部件材料。但锆合金的成本较高,往往只应用在核心部件中,而非核心部件通常采用辐照敏感性低、焊接性和可加工性好且成本低的不锈钢材料。因此在核电领域的应用中往往需要将两者连接起来。研究如何达到二者的可靠连接,使其充分发挥各自的优越性能,具有重要意义。本文采用真空扩散焊接技术对SS 304L与Zr-4合金
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锆被称为“原子能时代的第一金属”,拥有优异的核性能、耐腐蚀性和高温力学性能,锆及其合金是核工业中常用的部件材料。但锆合金的成本较高,往往只应用在核心部件中,而非核心部件通常采用辐照敏感性低、焊接性和可加工性好且成本低的不锈钢材料。因此在核电领域的应用中往往需要将两者连接起来。研究如何达到二者的可靠连接,使其充分发挥各自的优越性能,具有重要意义。本文采用真空扩散焊接技术对SS 304L与Zr-4合金及SS 304L与Zr-2.5Nb合金分别采用了Ni/Ta和Ni/Nb复合中间层实现了可靠连接。采用SEM、EDS、XRD等分析测试手段探究了不同的焊接工艺参数对接头微观组织的形成、元素分布、界面演化、断裂行为、剪切强度和显微硬度的影响。SS 304L/Ni/Ta/Zr-4接头界面结构由SS 304L/（Fe,Ni,Cr）/Ni/Ni3Ta/Ta（Zr）+Zr（Ta）/Zr-4构成。焊接温度的升高使Zr-4合金母材晶粒变得粗大,并在1000℃时转变为板条状组织。各反应层厚度随着焊接温度和保温时间的提高而增大,Ni-Ta反应层生长关系符合抛物线规律,长大系数K值为1.6215×10-7 m/s~2,扩散激活能Q为112.14 kJ/mol。接头的剪切强度随焊接温度和保温时间的提高都显示出先上升后下降的趋势,最高剪切强度为194 MPa。接头中的最高硬度值为356 HV。接头的剪切断裂位置随着温度的上升而发生改变。焊接温度900℃-1000℃保温时间30 min的接头断裂形式为脆性断裂。SS 304L/Ni/Nb/Zr-2.5Nb接头在焊接温度为850℃时,界面结构由SS 304L/（Fe,Ni,Cr）/Ni/（Ni,Nb）/α-Zr+Nb/Zr（b）/Zr-2.5Nb构成。当焊接温度为900℃时由SS 304L/（Fe,Ni,Cr）/Ni/Ni3Nb/α-Zr+Nb/Zr（b）/Zr-2.5Nb构成。当焊接温度为950℃和1000℃时,SS304L/（Fe,Ni,Cr）/Ni/Ni3Nb/α-Zr+Nb/Zr（b）/α-Zr+Zr（Nb）/Zr-2.5Nb构成。硬度试验显示接头中的最高硬度值为496 HV。焊接温度的升高增强了接头的剪切强度和韧性,最高剪切强度为84.04 MPa。焊接温度850℃的接头断裂位置在SS 304L与Ni层之间,升高焊接温度后,接头的断裂位置转移到了Ni层与Nb层的连接区域。焊接温度950℃和1000℃的接头的剪切断口都表现出以脆性断裂为主,脆性和韧性断裂相结合的特征。
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