T42NG鈦合金的組織及氫化物析出特征研究.pdf

1、本論文研究的內(nèi)容來源于中國核動力研究設(shè)計院與指導教師合作的項目：《T225NG與T42NG鈦合金微觀組織的研究》，該項目系“九·五”國家軍工材料重大攻關(guān)項目《新型核用鈦合金材料的研制》的子項目。論文在介紹了鈦的相關(guān)物理常數(shù)、鈦及鈦合金的發(fā)展歷史、合金化原理等之后，重點介紹了所研究的T42NG鈦合金。 T42NG鈦合金是一種新型的國產(chǎn)近核用鈦合金（按合金元素的鉬當量計算）。此種鈦合金作為結(jié)構(gòu)材料用于高效核反應(yīng)堆的直流蒸汽發(fā)生器上。

2、為保證核反應(yīng)堆的工作可靠性及安全性，本文以T42NG鈦合金的鍛材為例，在介紹了它的冶金過程之后，分析了該種鈦合金的化學成分、合金化特點、金相組織及夾雜、鍛材的顯微組織并討論了形成這些組織的原因及其力學性能。 考慮到這種鈦合金在核反應(yīng)堆內(nèi)承受高溫高壓和輻照的服役過程中，會與高溫高壓水反應(yīng)而生成金屬氧化物并放出氫（H2O+Ti→TiO2+H2）。部分氫會被該合金吸收，并使其含氫量逐漸增多。當鈦合金內(nèi)含有氫時，隨溫度降至室溫，幾乎全

3、部以硬而脆的呈薄片狀的氫化物沿固溶體晶界和 -Ti的晶內(nèi)析出，從而嚴重惡化鈦合金的韌度指標。本課題的研究確定了T42NG這種鈦合金中的金相組織、合金中的夾雜物及其類型、一些常見組織的形成原因、氫含量對沖擊韌度影響、沖擊斷裂特點以及氫化物種類、形態(tài)、分布和析出特征。從而為該種鈦合金在工程應(yīng)用和減少氫損傷打下基礎(chǔ)。 在簡介了T42NG鈦合金的冶金歷史、鍛材的加工歷史以及使其不同金相組織形成的原因后。以T42NG合金鍛材為原料，在7

4、00℃下采用人工吸氫法，使其獲得不同的氫含量，之后在同溫度下保溫擴散2小時。對人工增氫后的樣品進行氫含量分析和X射線衍射作物相分析，得到低氫、中氫和高氫含量的T42NG鈦合金內(nèi)所含的各種物相，分析了它們的金相組織形態(tài)。 隨后，將不同氫含量的T42NG鈦合金加工成沖擊試樣（V形），進行沖擊韌度測定后作出了該種鈦合金的沖擊韌度值（akv）隨氫含量而變化的關(guān)系曲線，得到了氫使這種鈦合金的韌脆轉(zhuǎn)變含量的臨界值。繼而，本文對不同氫含量的沖

5、擊斷口作了SEM分析，再結(jié)合其金相形態(tài)，得出氫在此種鈦合金中析出時具有慣析面特征。 為防止或減弱T42NG鈦合金的工程應(yīng)用中的氫損傷，本文研究了氫化物的析出特征及慣析面。對不同氫含量的樣品作了TEM分析。用化學拋光和化學減薄結(jié)合雙噴或離子減薄等技術(shù)制備TEM樣品，觀察并拍攝氫化物在TEM下的形態(tài)，應(yīng)用電子衍射斑點分析確定氫化物薄片的慣析面及與基體金屬α–Ti的位向關(guān)系。慣析面的法線主要應(yīng)用edge-on(當位錯方向或者界面垂直于