氢对T225NG钛合金延伸率的影响及其氢化物析出特征研究

摘要

T225NG钛合金是一种新型的国产核反应堆用钛合金，本课题来源于中国核动力研究设计院《T42NG钛合金与T225NG钛合金的显微组织研究》，是指导教师与中国核动力研究设计院四所合作的研究项目，属“九五”军工重大攻关项目《核用T42NG钛合金与T225NG钛合金的研制》的子课题。T225NG钛合金在服役时承受高温（350℃）、高压和辐照作用，会与高压高温水反应产生氢，氢很容易进入钛合金中且在温度和应力作用下会富集生成氢化物,使材料产生氢损伤。本文测定了常温下不同氢浓度材料的延伸率，探讨了不同浓度的氢对T225NG钛合金断口形态和延伸率的影响；并观察了不同氢浓度条件下氢化物的析出特征；由迹线分析和SAD花样标定得出了氢化物与基体的位向关系。论文主要内容如下： 论文首先介绍了T225NG钛合金的基本情况（合金化原理、冶金历史、力学性能及正常金相组织和夹杂等），测定氢浓度为20μg/g（原始）-808μg/g范围内T225NG钛合金管材试样的延伸率，绘制了δ-CH关系曲线和氢脆敏感系数δL-CH曲线，试验表明材料延伸率随氢浓度升高而下降，且T225NG钛合金在非慢拉伸试验中出现氢损伤的氢浓度下限为100μg/g，出现严重氢损伤的浓度极限为300μg/g。对不同氢浓度条件下断口的显微特征进行分析讨论，探讨了钛与氢的微观作用机理，表明材料延伸率下降的主要原因是脆性氢化物的析出使材料整体逐渐变脆。 用金相显微镜和透射电境研究了不同氢浓度的T225NG钛合金试样中氢化物的析出特征（大小、数量、形状、分布及位向关系等）。表明在低氢浓度条件下，金相组织中氢化物不明显，并且主要在晶体缺陷集中处的晶界处出现，但随着氢浓度增加显微组织中氢化物数量明显增多，晶界析出的氢化物片尺寸变大，晶粒内析出的氢化物逐渐变得明显；高氢浓度试样中析出的氢化物在晶界处几乎形成了连续的网状，晶内氢化物呈片状或点状，片状氢化物存在明显的平行关系。 用透射电镜对低氢浓度和高氢浓度的试样进行观察，得到了氢化物的类型和其与基体的位向关系。由选区电子衍射（SAD）花样标定，T225NG钛合金中氢化物是组成为TiH1.97的δ氢化物（fcc，a＝0.442nm）,其惯析面为基面(0001)α，或与基面成31.5。的 ，中氢浓度试样中（100μg/g）氢化物形态特征非常明显，呈片状、短棍状等，与α-Ti基体存在明显的位向关系： ；高氢浓度（1200μg/g）试样中的氢化物呈块状，或点状弥散分布在α-Ti基体上，块状氢化物与基体的位向关系为：[112]δ//[0001]α。管材在服役时主要受切向应力作用，而其在现行加工过程中产生的环向织构主要为基面和近基面，与氢化物的惯析面平行或近平行，有利于减少管材在服役过程中失效的可能性。