認識和預測金屬材料在反應堆內真實服役環(huán)境下力學性能的變化規(guī)律及其微觀機理,一直以來都是核能安全領域亟待解決的關鍵問題之一。針對目前嚴重缺乏相關規(guī)律性認知的研究現(xiàn)狀,以中子活化率極低的高純鋁(>99.9995%)為研究對象,系統(tǒng)開展了高純鋁在模擬反應堆服役環(huán)境條件下力學性能的變化規(guī)律研究,掌握了高純鋁力學性能隨服役環(huán)境因素改變的變化規(guī)律,并揭示其微觀機理。主要開展了以下研究工作:首先,自主設計建立了一整套中子輻照預應力狀態(tài)金屬樣品的制備技術,采用該技術制備了不同預應力大小、預拉伸/壓縮應力狀態(tài),預應變量和預應變狀態(tài)的中子輻照高純鋁樣品,為后續(xù)宏/微觀實驗研究提供了必要的條件保障。其次,采用材料試驗機、霍普金森桿和電磁膨脹環(huán)實驗技術,系統(tǒng)開展了中子輻照預應力、預應變狀態(tài)高純鋁的動/靜態(tài)宏觀實驗研究,獲得了中子輻照預應力狀態(tài)條件下,高純鋁拉伸/壓縮形變和斷裂特性的變化規(guī)律,結合TEM顯微分析實驗研究,揭示了輻照缺陷、林位錯和強化顆粒等對金屬基體材料產生硬化和脆化效應的等效機制,且位錯通道并不是輻照脆化的必要條件。再次,研究發(fā)現(xiàn)中子輻照預應力狀態(tài)會導致退火態(tài)金屬材料軟化,結合TEM顯微分... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：129 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１中子輻照零應力狀態(tài)退火態(tài)無氧銅的準靜態(tài)拉伸實驗結果［３９］??

安全性，并提高核能經濟效益就成為核能開發(fā)過程中??亟待解決的最關鍵問題，這一問題的核心便是基于輻照脆化機理的深入認識，建??立更加準確的輻照脆化理論模型。??０８產ＲＰＶ鋼輻照監(jiān)督數(shù)據??■國外ＲＰＶ鋼輻照監(jiān)督數(shù)??６０－??ｐ?．，？？？．．?ｙ??二???＜?／?一＂９９（Ｒｅ￣＼．２）??２０－?＇＂［．＂ｐｉｓ＇?＂＜ＲｅＶ＇３）??ＳＥ?．?ＪＥＡＣ４２０Ｉ??＿＿＿??０?２?４?６?８?１０??ＨＴ１９?戰(zhàn)／ｃｎＴ２??圖２輻照壓力容器鋼韌脆轉變溫度試驗值與不同預測模型預測值ｔ８１??早在１９９１年，Ｌｕｆｔ［６９］就認為輻照、冷軋、降溫和顆粒強化均會在宏觀上導??致基體金屬材料發(fā)生極其類似的硬化和脆化效應，并暗示這些不同類型的缺陷對??基體金屬材料的硬化和脆化效應可能存在某種普適的作用機制。此后，ＤｉＭｅｌｆｉ??等［７９］進一步研宄發(fā)現(xiàn)，相同真應力條件下，某壓力容器鋼的應變硬化系數(shù)與輻??照劑量無關。隨后，以美國橡樹嶺實驗室的Ｂｙｉｍ為代表的研宄人員［４Ｍ８＾４］，??總結分析了大量中子輻照零應力退火態(tài)金屬材料的準靜態(tài)拉伸應力？應變曲線數(shù)??據，發(fā)現(xiàn)不同中子劑量轄照材料的真應力？應變曲線在應變軸正向上平移適當應??變量，能夠使其塑性段與未輻照材料真應力？應變曲線的塑性段重合。并且相同??真應力條件下，材料的應變硬化系數(shù)與輻照劑量無關。以上實驗規(guī)律普遍適用于??ＢＣＣ、ＦＣＣ和ＨＣＰ金屬，如圖３?（ａ）所示。３乂１�。保钡龋郏矗罚В矗福福常莸难绣辰Y果還表明，??輻照劑量低于臨界劑量（退火態(tài)金屬材料發(fā)生完全脆性斷裂所需最小中子劑??量值［３７，４５，５４＇８

ｌＰａ?６００?；??＾?ＡＳ１－１?＇?；?〖?齡??４００?：?ｗ．．．??２００?■?＇?ｉ－ｊ？，－＊＾??２００?Ｊ??ｎ?ｉ?ｉ?．＿Ｌｉ＿＿ｉ—．＿＿Ｌ?ｉ?ｉ?ｉ??〇?Ｕｉ‘…‘－????ｌ＊—．＿■?????０?０．１?０．２?０．３?０．４?０，５?０?０．０００１?０．００１?０．０１?０．１?１?１０?１００??Ｔｒｕｅ?ｓｔｒａｉｎ?ｄｐａ??（ａ）應變平移后的拉伸真應力？應變曲線?（ｂ）失穩(wěn)應力和屈服強度統(tǒng)計結果??圖３中子輻照零應力退火態(tài)３１６鋼的準靜態(tài)拉伸實驗結果［４７１??雖然大量冷軋態(tài)金屬材料被應用到反應堆中，但目前幾乎未見中子輻照冷軋??態(tài)金屬材料本構關系的實驗研究結果報道，只見少量未輻照冷軋態(tài)不銹鋼材料的??本構關系實驗研宄數(shù)據［２５，８９＿９２］。相同真應力條件下，不同冷軋態(tài)不銹鋼的應變硬??化系數(shù)，以及最終失穩(wěn)應力同樣與冷軋量無關，且冷軋態(tài)金屬材料的屈服強度??值無法超過退火態(tài)材料的失穩(wěn)應力值，如圖４?（ａ）所示，冷軋工藝與輻照效應??對材料力學性能的影響再次表現(xiàn)出類似的規(guī)律。隨后，８￥１�。保保郏梗玻莞鼮榧氈碌醚绣�??了溫度效應對未輻照冷軋２０％?３１６鋼力學性能的影響規(guī)律，研宄結果表明，當冷??軋態(tài)３］６鋼的屈服強度低于退火態(tài)３１６鋼的失穩(wěn)應力時，冷軋３１６鋼依舊展現(xiàn)出??一定的塑性形變能力，一旦冷軋態(tài)３１６鋼的屈服強度等于退火態(tài)材料的失穩(wěn)應力，??冷乳３１６鋼將完全喪失均勻塑性形變能力（在屈服點發(fā)生頸縮失穩(wěn)），如圖４?（ｂ）??所示。以上研究結果再次表明，無論是輻照、冷軋，還是改變實驗溫度，只要材??７??


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