Zr-4合金管与Incone1718冲击磨损性能及损伤机理研究

发布时间：2017-07-27 05:05

  本文关键词：Zr-4合金管与Incone1718冲击磨损性能及损伤机理研究

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【摘要】：Zr-4合金是水冷动力堆燃料棒的包壳材料,燃料包壳管在工作过程中会受到复杂内外压力的影响,产生的压力差致使包壳管的微幅振动,微幅振动问题是影响核反应堆包壳管使用寿命的主要因素之一。本文通过模拟冲击磨损试验来揭示Zr-4合金包壳管损伤机理,为研究流质振动引发的冲击磨损损伤失效问题提供一定理论支持,因此本文研究具有重要的工程应用价值。本文采用JDTRI-50冲击磨损试验机,研究了核电燃料棒包壳管材Zr-4合金的冲击磨损性能及损伤机理。Zr-4合金管试件与Incone1718镍合金平板配副,分别在干态和水介质中,选择冲击频率为10 Hz,冲击载荷分别为10N、20N和40N,冲击次数为0.5×105至10×105,进行冲击磨损试验。试验结束后采用光镜(OM,型号：OLYMPUS-BX60M、JSM-7001F型扫描电子显微镜(SEM)、Contour GT光学轮廓仪、电子能谱仪(EDX)对磨痕形貌进行微观分析。结果表明：(1)载荷增大,冲击次数增加,试件Zr-4合金管冲击接触面积和深度逐渐增大,冲击损伤加剧。(2)荷载一定时,冲击次数增加,损伤面磨屑含氧量经历较快增长、增速放缓以及基本稳定的变化过程。(3)较大载荷和冲击次数下,随着冲击次数持续增加,冲击磨损的损伤机理主要表现为塑性变形、磨损氧化和疲劳剥落的逐次出现、相互转换和协同作用。(4)干态和水介质中的冲击磨损机理有明显差异。干态条件下,Zr-4合金包壳管表面的冲击损伤以疲劳剥落和磨损氧化的相互转换和协同作用为主要损伤机制；在水介质中,疲劳剥落和磨粒磨损是Zr-4合金包壳管的主要损伤机制。
【关键词】：核电材料 Zr-4合金 核燃料包壳管 冲击磨损 损伤机理
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG115.58;TL341
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-26
• 1.1 引言11-20
• 1.1.1 工程应用背景13-16
• 1.1.2 锆合金的发展应用16-18
• 1.1.3 流质振动概述18-20
• 1.2 冲击磨损概述20-24
• 1.2.1 冲击磨损的特点20-22
• 1.2.2 国内外研究现状22-24
• 1.3 论文研究的意义、目的和内容24-26
• 1.3.1 本论文的研究意义和目的24
• 1.3.2 本论文的研究内容24-26
• 第2章 试验材料和方法26-31
• 2.1 试验材料的选择和制备26-27
• 2.2 冲击磨损试验装置和参数27-29
• 2.2.1 结构及工作原理28
• 2.2.2 数据采集处理系统28-29
• 2.2.3 主要技术参数29
• 2.2.4 试验参数29
• 2.3 冲击磨损机理分析方法29-31
• 2.3.1 磨痕形貌分析29-30
• 2.3.2 磨痕轮廓分析30
• 2.3.3 磨痕表面分析30
• 2.3.4 磨痕断面分析30-31
• 第3章 干态下Zr-4合金包壳管的冲击磨损试验31-41
• 3.1 冲击磨损材料损失分析31-33
• 3.1.1 冲击次数对材料损失的影响31-32
• 3.1.2 冲击载荷对材料损失的影响32-33
• 3.2 冲击次数对冲击磨损行为的影响33-39
• 3.2.1 磨痕形貌分析33-37
• 3.2.2 磨痕的EDX能谱37-39
• 3.3 冲击载荷对冲击磨损行为的影响39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 水介质中Zr-4合金包壳管的冲击磨损试验41-53
• 4.1 冲击磨损材料损失分析41-42
• 4.1.1 冲击次数对材料损失的影响41-42
• 4.1.2 冲击载荷对材料损失的影响42
• 4.2 冲击次数对冲击磨损行为的影响42-47
• 4.2.1 磨痕形貌分析42-46
• 4.2.2 磨痕的EDX能谱46-47
• 4.3 冲击载荷对冲击磨损行为的影响47-51
• 4.3.1 磨损形貌分析47-50
• 4.3.2 磨痕的EDX能谱50-51
• 4.4 本章小结51-53
• 第5章 两种条件下Zr-4合金包壳管的试验结果对比分析53-62
• 5.1 磨痕形貌对比分析53-55
• 5.2 干态和水介质中冲击磨损行为对比分析55-59
• 5.2.1 磨痕面积对比分析55-56
• 5.2.2 损伤机理对比分析56-59
• 5.3 干态和水中Inconel718冲击块的磨损对比分析59-61
• 5.4 本章小结61-62
• 结论与展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文70

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本文编号：579869