核燃料U-50Zr合金的组织及热变形行为

摘要

通过高频感应熔炼制备了核燃料U-50%Zr合金,利用金相显微镜和X射线衍射仪对其组织和物相进行了分析,利用Gleeble-3800热模拟试验机进行不同变形温度(500、550和600℃)和应变速率(0.01、0.1和1 s^(-1))下的热压缩试验,研究其热变形行为。结果表明,除变形温度600℃、应变速率为0.01 s^(-1)外,其他变形条件下,U-50%Zr合金表现出明显的加工硬化特征。相同应变速率下,峰值应力随变形温度的升高而降低,特别是在600℃时,峰值应力相比于500℃和550℃降低明显;相同变形温度下,峰值应力随应变速率的增大而升高。U-50%Zr合金经热变形后,组织并未发生相变,均为δ-UZr_(2)相;随热变形温度的升高,晶粒尺寸先基本不变随后增大,500、550℃时晶粒尺寸均在250μm左右,600℃时,晶粒尺寸明显长大,达到493μm。基于峰值应力,通过Arrhenius模型与温度补偿因子Z参数,建立了U-50%Zr合金的本构方程,其热变形激活能Q=694.9 kJ/mol。通过DMM动态材料模型构建了热加工图,并确定了合适的加工区间为:变形温度540℃以上,应变速率0.01~1 s^(-1)。