钒合金的氢脆机理研究

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1、钒合金的氢脆机理研究第２３卷　第４期　２　０　０　２　年８月　　核　动　力　工　程　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏｌ．　２３．　Ｎｏ．４　Ａｕｇ．　２　０　０　２　文章编号：０２５８－０９２６（２００２）０４－０００５－０４　　　谌继明，邱绍宇，许增裕，杨　　霖，刘　　翔　（１．　核工业西南物理研究院，成都，６１００４１；２．　中国核动力院核燃料与材料国家重点实验室，成都，６１００４１）　１２１１１　　摘要：利用气相渗氢法，测试了几种钒合金在氢含量最高达到１——————————————————————————————————————————

2、—————１３ｍｇ／ｋｇ范围内的拉伸性能变化。实验结果表明：低强度的钒合金具有较好的抗氢脆性能；合金中的氧会加重钒合金（特别是强度较高者）的氢脆敏感性。机理分析揭示钒合金的氢脆断裂主要由沿晶断造成，氧和合金强度的影响均是通过改变合金的晶界与晶粒的对比强度来实现的　关键词：钒合金；氢脆　中图分类号：ＴＬ６２７　　文献标识码：Ａ　　１　前　言　钒合金是一种很有希望的聚变堆侯选结构材料。在聚变堆中，结构材料面临富含氢及其同位素的环境，吸氢及吸氢后材料机械性能恶化是聚变堆应用钒合金所面临的一大主要问题。另一方面，钒合金在热加工和焊接过程中容易从环境中吸收氧原子，不但影响合金

3、本身的机械性能，而且使合金对氢脆更加敏感。文献　［１］的研究发现：在合金氧含量较低（￣３１０ｍｇ／ｋｇ）时，Ｖ４Ｃｒ４Ｔｉ合金的室温拉伸延伸率随氢含量缓慢降低，在含氧量为４００ｍｇ／ｋｇ时仍保持大约２０％的水平，但随后急剧下降。当合金氧含量提高后（通过氧化达到￣８５０ｍｇ／ｋｇ），拉伸延伸率一开始便随氢含量快速下降，在１００ｍｇ／ｋｇ时低于２％，说明在氢氧联合作用下钒合金的氢脆倾向十分严重。在本文中，根据几种钒合金的氢脆拉伸实验结果，探讨了钒合金的氢脆断裂机理。　在磁悬浮炉上冶炼合金，各种纯金属被用作合金的原材料，其中金属钒的纯度为９９．８８％。合金铸锭经锻压开坯，

4、多次热轧和冷———————————————————————————————————————————————轧后成为厚度为０．５￣１ｍｍ的薄板，再进行真空退火热处理。退火温度１０２０°Ｃ，保温时间２０ｍｉｎ，真空度１×１０－３Ｐａ。表１为钒合金实验材料的化学成份和室温拉伸性能。合金的晶粒细小，晶粒直径约为２０￣４０μｍ。表中的合金按强度可分为两类，一类为高强度的Ｖ４Ｃｒ４Ｔｉ、Ｖ４Ｔｉ３Ａｌ和Ｖ３ＴｉＡｌＳｉ合金，另一类为强度较低的Ｖ４Ｔｉ和Ｖ４ＴｉＳｉ合金。　２．２　拉伸样品渗氢和拉伸实验　从厚度为１ｍｍ的钒合金真空退火板上切取　拉伸样品，样品的长度方向平行于钒合金

5、板的轧制方向。样品宽度８ｍｍ，标距２０ｍｍ。样品在氢化装置中渗氢。首先把样品置入挂具放入氢化容器中，加热到４２０℃后打开真空机组抽真空，达到一定真空度时（约２×ｌ０－３Ｐａ），开始加热。预先设定加热炉的温度（７００℃），将样品加热到温后，保温１ｈ使样品温度均匀，然后开始通氢。样品的氢含量多少是通过控制氢流量和时间来实现的。通氢后保温２ｈ作氢在样品中的均匀化处理，最后随炉冷却。炉温降到室温后取出样品，分析样品氢含量　。本实验的氢气流量为８０Ｌ／ｍｉｎ，通氢时　　２　实验过程　２．１　实验材料　　收稿日期：２００１－０９－１０　６核　动　力　工　程———————————

6、————————————————————————————————————　　Ｖｏｌ．　２３．　Ｎｏ．　４．　２００２　表１　　钒合金的化学成份（ｗｔ％）和室温拉伸性能　合　　金　Ｖ４Ｃｒ４Ｔｉ　Ｖ３ＴｉＡｌＳｉ　Ｖ４Ｔｉ　Ｖ４Ｔｉ３Ａｌ　Ｖ４ＴｉＳｉ　Ｖ４ＴｉＬ＊　Ｖ４Ｔｉ３ＡｌＬ　　Ｏ　０．０９　０．０８　０．０８５　０．０７　０．１１　０．０４６　０．０３９　　Ｓｉ　０．０２３　０．９５　０．０１２　０．００８　０．２４　０．００５　０．０１６　　Ｃｒ　３．６１　０．０２　０．２２　０．０２　０．０２　／　／　　Ｔｉ　４．１１　３．２０　４．２３　４．２３　３．

7、９６　４．３２　４．２４　　Ａｌ　０．２１　１．０７　０．２３　２．８９　０．２６　０．１９　２．８２　　Ｎ　０．０４６　０．００６　０．００２　０．００５　０．０５２　０．００２　０．００１　　σｙ　?　ＭＰａ　３２６．３　４３８．５　２６２．０　３８２．５　２５６．３　２３７．８　４０４．５　　σｂ?ＭＰａ　４０２．７　５０１．９　３４１．５　４２５．４　３３５．７　３３８．５　４６１．６　　———————————————————————————————————————————————δ?％　１９．０　１９．５　１９．０　２３．０　２１．８　２６．９　２０．