國產M5合金組織與性能研究.pdf

1、鋯合金具有獨特的耐腐蝕性能和良好的機械性能，常作為核燃料的包殼。在反應堆堆芯中燃料包殼長期處于高溫、高壓條件下，不僅受到機械力的作用，還有中子輻照的損傷，包殼內外介質的腐蝕，吸氫脆化等，因而鋯合金包殼管的組織和性能研究具有極其重要的意義。目前國內外對Zr-2、Zr-4鋯合金包殼的組織與性能研究較為廣泛，但對N18、國產及法國產M5鋯合金包殼管研究報道尚少。本文對Zr-2、Zr-4、N18、國產M5（簡記為GM5）和法國產M5（簡記為FM

2、5）鋯合金包殼管的顯微組織、拉伸性能、爆破性能和腐蝕性能進行了系統(tǒng)的研究，重點比較GM5與FM5合金包殼管組織與性能的共性與差異，為實現核燃料包殼管的國產化提理論依據。研究結果如下：
　　 （1）N18、GM5和FM5鋯合金顯微組織研究結果顯示，GM5、FM5合金的晶粒細小，N18合金的晶粒較大。FM5、N18晶粒均勻度良好，GM5晶粒均勻度較差，三種材料的組織均為等軸晶?；w上分布有析出粒子。FM5基體位錯較少，GM5基體中有

3、大量位錯纏結，N18基體中位錯較少且析出粒子較大。
　　 （2）Zr-2、Zr-4、N18、GM5和FM5鋯合金包殼管室溫和400℃的軸向和環(huán)向拉伸試驗結果表明，N18和Zr-2包殼管的強度較高，GM5和FM5包殼管的強度次之，Zr-4包殼管強度較低。Zr-4、GM5和FM5包殼管的塑性相比N18、Zr-2較好。
　　 （3）GM5和FM5鋯合金包殼管爆破試驗結果表明，GM5包殼管室溫爆破強度與FM5包殼管爆破強度相當，

4、鼓泡伸長率無顯著差異。
　　 （4）N18、GM5和FM5鋯合金包殼管在400℃、10.5MPa水蒸氣中腐蝕試驗結果顯示，三種包殼管的腐蝕速率和氧化層厚度無顯著差異。腐蝕過程初始數小時是快速線性腐蝕階段，隨后轉入慢速拋物線腐蝕階段，隨著腐蝕時間的加長，腐蝕速率減慢。氧化層很薄，腐蝕498小時氧化層厚度僅有0.22～0.24μm。
　　 （5）室溫和400℃的軸向和環(huán)向拉伸斷口，宏觀上都是灰色纖維狀，微觀形態(tài)為韌窩，斷口都