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免费下载毕业论文-核电钢中子辐照实验模拟

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  • 适用专业:材料科学与工程
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资料简介

毕业论文-核电钢中子辐照实验模拟,共28页,8821字
Ⅰ、毕业设计(论文)题目:
核电钢中子辐照实验模拟
Ⅱ、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求:
1. Fahim Hashmi, Sujun Wu, Huanxi Li. Experimental Simulation of Neutron Irradiation Damage in Reactor Pressure Vessel Steels[J]. Key Engineering Materials Vols. 324-325(2006)pp.1189-1192
2. 姜伟之,赵时熙,王春生,张峥. 工程材料的力学性能[M]. 北京:北京航空航天大学出版社,2000 .
3.数据记录真实准确,按照仪器设备等主要参数逐一记录。
4.试验设计思路要求清晰,设计方案具有可行性

摘 要
随着化石燃料日益枯竭和人类对能源需求的快速增长,新型能源的开发变得越发重要。具有污染小,品位高的核电,其安全问题一直要摆在第一位。核电钢作为结构材料收到中子辐照后,韧脆转变温度升高,材料变脆,这些变化直接影响着材料的安全和服役寿命。目前国内外核电钢抗中子辐照试验利用随堆放置的试验样品进行。这种方法试验有周期长,危险,费用昂贵等缺点。因此,利用常规试验模拟出核电钢中子辐照的脆化效应,无论在经济还是安全方面都有显著意义。
本文介绍了近年来几种核电钢脆化的实验模拟方法。这些方法主要包括电子(离子)辐照模拟,机械处理模拟,热处理时效脆化以及复合脆化。不同的试验模拟方法得到不同的结果,其中复合脆化试验结果最能较好的模拟出核电用钢在经受中子辐照后产生的脆化效应。基于此原因,本文工作主要对两种核电用钢(SA738和A508-4)进行了尝试性催化模拟。
关键词: 韧脆转变,复合脆化,实验模拟,中子辐照

目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景和目的 1
1.2 国内外研究状况 3
1.3 课题研究方法 4
1.4 论文构成及研究内容 7
2 试验部分 9
2.1 试验设备及材料 9
2.2 SA738钢脆化模拟 10
2.3 A508-4钢脆化模拟 11
3 性能测试 13
3.1 脆化效果评价标准 13
3.2 SA738钢脆化后性能 13

参考文献 16

课题研究方法
核电用钢之所以在中子辐照的条件下发生脆化,是因为材料在暴露在大量的高能中子环境下,正常格点上的原子受到高能中子的轰击,偏离原来的位置,进入晶体间隙中,形成弗伦奎尔缺陷,同时在原来格点上留下空位,见图1.3-1。
图1.3-1 中子辐照效果示意图
当时间足够长,材料内部出现大量这种缺陷后,大量的这种间隙原子会钉扎位错或者形成位错环,使材料强度增加,韧性下降,使脆性破坏成为可能;而留下的空位在反应堆的高温环境下也有机会发生移动,并聚集形成微小裂痕,成为脆性破坏的导火索。这一过程进行的速率和程度与当时的温度有关。时效对缺陷的影响见图1.3-2。当然,在此过程中也有出现间隙原子与空位相消的可能,最后的情况应该是两种可能叠加的结果。
图1.3-2 时效对缺陷的影响
综上可以看出此过程有两个关键点:一个是要有间隙原子和空位,另一个是在一定的热环境下发生时效。因此在实验模拟的时候采用不同的冷变形拉伸的手段使材料内部产生间隙原子及空位,随后将材料进行不同的热处理,使材料产生时效。最后对得到的材料进行一系列相关的力学性能的测试。诸如拉伸测试测量材料经脆化后的强度提高的情况;通过拉断后测量试验件的伸长率可得到材料的塑性情况;对材料进行charpy-V口冲击试验测量材料冲击功,表征其韧性。反过来,先对材料进行时效热处理,有相关研究表明会出现富铜原子偏聚区,并以此增加位错阻力,之后再进行应变处理提高位错密度也能起到相似的脆化效果。不过最后进行的性能测试是一样的。不同的脆化过程不仅涉及到时效和应变的先后问题,还有诸多其他影响参数,包括应变速率、应变程度、应变方向、时效温度、时效时长等。本研究只探讨了时效时长和脆化程序的因素产生的影响,其他影响因素在试验中均保持一致便于比较。
本课题针对SA738钢采用了表1.3-1中四种工艺进行中子辐照的脆化模拟。
表1.3-1 SA738的四种脆化工艺
项目 脆化工艺
1# 拉应变5%+500℃时效30hrs
2# 拉应变5%+500℃时效60hrs
3# 500℃时效30hrs+拉应变5%
4# 500℃时效60hrs+拉应变5%
在SA738钢的脆化模拟研究基础上设定了A508-4的脆化方案。在SA738钢的脆化结果和性能测试表征中发现,先热处理时效后应变的脆化(3#和4#)结果要明显优于先应变后热处理时效(1#和2#)的结果。此外在SA738钢的两组热处理时效+应变的脆化结果中,出现了与预期相矛盾的情况。考虑到3#和4#较好的模拟出了想要的脆化结果,而两者之间的比较仅仅是热处理时效时常的不同,基于以上两点对A508-4做出了如下的脆化方案设计:
表1.3-2 A508-4的四种脆化工艺
序号 脆化工艺
A 520℃时效10hrs+压应变10%
B 520℃时效30hrs+压应变10%
C 520℃时效90hrs+压应变10%
D 520℃时效180hrs+压应变10%
当SA738试样和A508-4试样分别完成上述脆化过程后,对它们的力学性能进行测试分析,并与脆化之前进行比较。

论文构成及研究内容
本课题的研究内容主要分为以下两方面:
对SA738钢进行交货态热处理后,加工成满足不同脆化工艺要求的试样,并进行脆化处理。脆化完成后所有试样均加工成标准样进行力学性能测试,包括拉伸试验、charpy-V冲击试验,以此评估不同的脆化工艺的模拟效果。
在借鉴SA738脆化工艺效果的基础上,设定A508-4的脆化方案。将不同脆化方案下处理的试样进行冲击试验,同一方案下得到的试样在不同的温度下测试,以此可以获得经不同脆化工艺处理后的韧脆转变曲线。和已知的A508-4交货态的力学性能数据对比可以看到韧脆转变温度(DBTT)、屈服强度、韧性等的变化情况。
最后综合分析试验过程中的现象,数据和出现的问题。

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