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分目录 金属材料 金属材料基本概念 核设备常用结构材料 核燃料元件常用材料 金属材料的性能 燃料元件包壳材料 性能要求： 热中子吸收截面小，感生放射性小，半衰期短； 强度好、塑韧性好、抗腐蚀性强、对晶间腐蚀、应力腐蚀和吸氢不敏感； 热强性、热稳定性和抗辐照性能好； 导热率高、热膨胀系数小，与材料和冷却剂相容性好； 易加工、便于焊接和成本低廉。 燃料元件包壳材料（续） 适宜作包壳用的材料： 铝及铝合金 镁合金 锆合金 奥氏体不锈钢 高密度热解炭（石墨） 几种锆合金的成分【质量分数（％）】 分目录 金属材料 金属材料基本概念 核设备常用结构材料 核燃料元件常用材料 金属材料的性能 金属材料的性能 1. 材料的力学性能(机械性能) ★ 材料的机械性能及指标 金属材料的机械性能：是指金属材料在一定的温度条件下受到外力作用时，抵抗变形和断裂的能力，又称材料的力学性能。 机械性能包括强度、硬度、韧性、塑性等。对于压力容器用材料，最重要的是材料的强度、塑性和韧性指标。 一般材料的强度和塑性通过拉伸试验测定，韧性通过冲击试验测定，硬度通过硬度试验测定。 **比例极限；**弹性极限；**屈服强度；**极限强度； **断裂强度 金属材料的性能（续） 塑性材料的应力 － 应变曲线 金属材料的性能（续） 脆性材料的 应力－应变曲线 金属材料的性能（续） ★ 强度 强度是指金属材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。 ★ 塑性 金属材料在外力作用下产生永久变形的能力，叫做塑性。 ★延伸率和断面收缩率 ★ 硬度 硬度是指金属材料抵抗硬物压入其表面的能力。它表示金属材料的坚硬程度。 布氏硬度试验法、洛氏硬度和维氏硬度试验法。 ★ 金属的冲击韧性 冲击韧性是指金属材料在冲击载荷（指突然增加的载荷）作用下，抵抗破坏的能力。 金属材料的性能（续） ★脆性转变温度(NDTT-Nil Ductility Transition Temperature) 冲击韧性与试验温度有关。在低温下，材料会出现由塑性状态转变为脆性状态。使材料的冲击韧性值急剧降低的温度，叫做脆性转变温度。 脆性转变温度越低的金属，越能在低温下承受冲击载荷。 脆性转变温度的高低也是金属材料的性能指标之一。 ??什么是断裂力学??? 它是研究带裂纹物体的强度以及裂纹扩展规律的一门科学。 断裂力学是建立在“缺陷理论”的基础上，即认为断裂的发生是由于材料中存在不可避免的微小裂纹而引起。 解释了“低应力脆断”现象。 剩余强度慨念。 线弹性断裂力学的基本概念 由－－裂纹引起的破坏类型 1)????? 脆性断裂 2)????? 韧性断裂 3)????? 疲劳 4)????? 蠕变 5)???? 腐蚀 －－应力强度因子（K）：K反映了裂纹端的应力场的强弱程度，也就是说可以用K来描述裂纹尖端应力场的强弱，进而判断裂纹是否进入临界状态。 －－ 材料的断裂韧性（ K1c ）：表示了材料阻抗裂纹扩展的能力，可看作是材料抵抗脆性破坏能力的一个断裂韧性参量。断裂韧性可以说既是强度指标，又是韧性指标。在一定条件下，它是一个材料常数。 线弹性断裂力学的基本概念（续） 判断裂纹体是否安全？ ? K≥K1C 裂纹失稳扩展(破坏) K＜K1C 裂纹不扩展(安全) 开裂的三种类型 线弹性断裂力学的基本概念（续） 疲劳裂纹扩展速率 da/dN＝C(ΔK)n 断裂力学的工程应用 应用断裂力学方法所需要的信息 (1)???确定最小可检测到的裂纹长度。 (2)? 在结构含裂纹的前提下，预计剩余强度；根据所要求的失效－安全载荷，确定临界裂纹长度。 (3)???建立所期望的加载历史。 (4)??确定从最小可检测裂纹尺寸扩展至临界裂纹尺寸的裂纹扩展曲线。 (5)?????具有预计易引发裂纹部位的知识。 (6)???考虑所及结构或部件可达性因素，实现可靠的检测。 断裂力学的工程应用（续） 选择最有效的检测方法与下列因素有关： (1)可达性； (2) 检测技术的灵敏性和最小可检裂纹长度； (3) 检测频率。 直接法 应用说明 1. 目视 只适用于易达区域，检测微小裂纹则需要较多的经验。 2. 液体渗透 只适用于易达区域，与目视检测具有同级别的检测灵敏度。 3. 磁粉 只适用于磁性材料，需要拆卸部件，在专门的机构上进行检测。缺口或不平会产生显示信号，是灵敏的检测方法。 4. 射线 用途广泛，灵敏度高。若在角焊缝或加强筋边缘有裂纹，则评片较难，厚板中的小平面裂纹不易检测到。 检测方法及与结构断裂相关的特点 间接法 应用说明 1. 超声波 通过选择不同的探头和输入脉冲,可应用广泛. 获取缺陷的尺寸和性质则有一定的难度