Zircaloy-4合金管皮尔格冷轧织构演化规律及形成机理

发布时间：2021-02-07 15:30

　　锆合金以其优异的核性能常用于制备核反应堆燃料组件中的包壳管和定位隔架。皮尔格冷轧工艺是生产Zircaloy-4合金包壳管的关键工序。包壳管的织构是影响管材服役性能的关键因素之一,也是近年来研究的热点之一。然而,冷轧过程中的织构演化与宏观不均匀变形行为之间的关系尚不明确。故本文对皮尔格冷轧过程中的织构演变和形成机理进行了系统的研究。基于织构形成的机理,探讨了初始织构、单道次变形量以及Q值（轧制减壁量与减径量的比）三者对冷轧织构的影响规律,为皮尔格冷轧工艺的优化设计提供基础和方向。首先,提出了一种大应变条件下材料硬化行为的预测方法。采用有限元模拟与试验相结合的方法,获取外延后的硬化曲线。建立了 Hill 1948各向异性屈服模型和耦合温度和应变速率的材料硬化模型。在此基础上,建立皮尔格冷轧的有限元模型,对冷轧过程进行有限元模拟。模拟得到的轧制力和管材尺寸结果和试验结果高度吻合证明了有限元模型的准确性,并获得了冷轧过程中复杂的宏观变形规律。此外,还发现皮尔格冷轧过程中温升效应对轧制力的影响不可忽略,试验和模拟结果均显示,轧制力随变形量的增大而降低。其次,基于不同单向加载条件下的力学性能,发现... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图ｌ．ｉ包壳管截面示意图（由西屋公司提供）１２３１??Ｓｐｒｉｎｇ＾／?＼??Ｆｕｅｌ?Ｐｅｌｔｅｔ??

?第１章绪论???寿命大概为２？４年［２（）］。事实上，包壳管绝对不会单一的使用在反应堆中，由若??干装有燃料棒的包壳管连接在一起形成燃料束，根据核电站的容量决定数量，一??般在１９到３７根，图１．２为ＣＡＮＤＵ反应堆内包壳管的分布图。管与管之间依靠??定位格架分开，这些燃料束被放置在冷却剂流经的压力管中。秦山三期用??ＣＡＮＤＵ－６型先进燃料组件，燃料棒包壳、端塞、隔离板、燃料棒束的端板、支??撑垫均使用的国产Ｚｒ－４合金。由此可见，高性能锆合金在积极研发的同时，广??泛应用于各种类型的裂变反应堆中薄壁包壳管、定位格架、导向管、仪表管以及??元件盒等成品件的仍然是Ｚｒ－４合金ｆ２１，２２Ｌ??Ｚｉｒｃａｋｉｙ?Ｃｌａｄ??ｄｌ?１?Ｉ?Ｉ?／ｌ?■?－ｄ；＾??ｊ?ｖ??Ｓｐｒｉｎｇ＾／?＼??Ｆｕｅｌ?Ｐｅｌｔｅｔ??图ｌ．ｉ包壳管截面示意图（由西屋公司提供）１２３１??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｅｃｔｉｏｎ?ｖｉｅｗ?ｏｆ?ｃｌａｄ?ｔｕｂｅ??Ｓｐａｃｅｒ?Ｇｒｉｄｓ??響??（ａ）?（ｂ）??图１．２?ＣＡＮＤＵ反应堆中包壳管束的分布，（ａ）纵截面图，（ｂ）横截面图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｃｌａｄ?ａｎｄ?ｆｕｅｌ?ｂｕｎｄｌｅ?ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ?ｕｓｅｄ?ｉｎ?ＣＡＮＤＵ?ｒｅａｃｔｏｒｓ?（ａ）?ｌｅｎｇｔｈｗｉｓｅ?ｓｅｃｔｉｏｎ，??（ｂ）?ｃｒｏｓｓ?ｓｅｃｔｉｏｎ．??１．３锆合金的塑性变形机制??１．３．１滑移??滑移和孪生是ＨＣＰ结构锆合金主要的变形机制。针对滑移而言，当轴比小??于理想值（ｃ／ａ＜?１．６３３）时，锆合金中晶体的最密排面和方向分别为｛１０１０｝柱面??

上滑移。文献中对于锆合金丨１１２１丨锥面滑移的报道非常少，因??此本文中后续提到的锥面滑移均指｛１〇１１｝＜１１２３＞锥面滑移。柱面和基面＜ａ＞的独??立滑移系相对较少，总共只有四个，而锥面滑移系具有较多的相对独立滑移系数??［３７］。锥面＜ｃ＋ａ＞滑移系可以提供五个独立的滑移系，同时＜ｃ＋ａ＞滑移具有较好的晶??粒ｃ轴的应变变形协调能力。??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）?｜２ＩＩ３｜??Ｃ?＿?ｃ?ｌ／??Ｉ?Ｈｉ?－?ＬＬＪＪ＾??＼?，ａｉ?…０％?（Ｈ２１）??图１．３锆合金柱面，基面和锥面滑移系示意图??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｐｒｉｓｍａｔｉｃ，?ｂａｓａｌ?ａｎｄ?ｐｙｒａｍｉｄａｌ?ｓｌｉｐｓ?ｏｆ?ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ?ａｌｌｏｙｓ??１．３．２孪生??孪生对于ＨＣＰ结构的锆合金变形有很重要的作用，在一定温度范围内，晶??体内部的独立滑移系数量不够，孪生则成为重要的塑性变形机制。如图１．４所示。??孪生是晶体的一部分在剪应力的作用下沿着一定的晶面和晶向发生均匀的切变??５??

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：3022432