Page 20 - 《爆炸与冲击》2026年第10期

第 46 卷 叶想平，等： 辐照-预应力和冲击耦合作用下金属硬化和脆化规律与微观机理实验研究进展 第 10 期

陷形核，因此辐照缺陷数密度的增大更能提升硬化效应 [37,52] ；而达到饱和剂量（材料内部缺陷数密度不随
剂量增大而提高的最小剂量值）后，进一步辐照产生的点缺陷主要用于增大缺陷尺寸（含缺陷迁移合并
等），因此在饱和剂量前后，辐照强化应力随辐照剂量的增长斜率发生改变，且饱和剂量前的辐照硬化效
应更明显，如图 2(b) [55] 所示。与此同时，大量反应堆用结构金属的饱和剂量在 0.1 dpa 附近 [37-39,55] 。
早期研究均在工程应力-应变坐标系中探究材料的辐照硬化规律，Byun 等 [37-39] 2004 年开始在真应力-
应变坐标系中研究辐照金属力学性能的变化规律。Byun 等 [38-39,55,59-61] 、Dimelfi 等 [62] 和 Hashimoto 等 [63] 总
结分析了几十种中子辐照退火态体心立方（body-centered cubic, BCC）、面心立方（face-centered cubic,
FCC）和密排六方（hexagonal close-packed, HCP）金属的准静态拉伸实验数据，发现辐照金属的真应力-应
变曲线沿应变轴正向平移适当应变后，其塑性段均能够与未辐照材料的塑性段重合，即在相同真应力条
件下，材料的应变硬化率与辐照剂量无关，如图 3(a) [38] 所示；与此同时，当辐照剂量低于临界剂量 D （金
c
属发生完全脆性断裂所需最小中子剂量 [6,8-10,34,64] ）时，退火态金属的失稳应力也与辐照剂量无关 [38-39,61] ，见
图 3(b) ；当辐照剂量高于 D 后，材料将发生完全脆性断裂，即屈服强度与失稳应力相同，见图 3(b) 。
[38]
[38]
c
1 000 1 200 800

A533B EC316LN Zircaloy-4
800 1 000
True stress/MPa 600 True stress/MPa 600 True stress/MPa 600
800
400
400

200 Unirradiated 0.003 dpa 0.015 dpa 400 Unirradiated 0.5 dpa 1.1 dpa 2.5 dpa 3.6 dpa 10.7 dpa 200 Unirradiated 0.001 dpa 0.01 dpa
200
0 0.03 0.06 0.09 0.12 0.15 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
True strain True strain True strain
(a) Shifted tensile true stress-strain curves

1 400 1 400 800
σ ML σ YS σ ML σ YS 3Cr-3WV (HFIR) σ ML σ YS Nb (HFIR)
1 200 A533B (HFIR)a 9Cr-1MoVNb (HFIR) V (HFIR)
A533B (HFIR)b 1 200 9Cr-2WV (HFIR)
1 000 A533B (HFIR)c 9Cr-2WVTa (HFIR) Fe (HFIR)a
Fe (HFIR)b
9Cr-1MoVNb (LANSCE)
9Cr-2WVTa (LANSCE)
Stress/MPa 800 σ ML =σ IS σ ML =σ YS Stress/MPa 1 000 True stress/MPa 600
400
600
800
400 σ YS σ ML =σ IS =σ YS
Uniform 600 200
200 deformation Prompt
necking
exists before
necking at yield
D c
400
0 10 −4 10 −3 10 −2 10 −1 10 0 10 1 0 10 −4 10 −3 10 −2 10 −1 10 0 10 1 10 2 0 10 −4 10 −3 10 −2 10 −1 10 0 10 1 10 2
Dose/dpa Dose/dpa Dose/dpa
(b) Statistical data of plastic instability stress and yield strength (σ ML represents maximum true stress, σ YS represents yield strength,
σ IS represents instability stress)
图 3 中子辐照退火态 BCC、FCC 和 HCP 金属的准静态拉伸实验结果 [38]
Fig. 3 Quasi-static tensile results of neutron irradiation annealed BCC, FCC and HCP metals [38]
随后 Masayuki 等 [65] 的研究表明，不同冷轧态未辐照不锈钢的拉伸性能也表现出相同真应力条件下
的应变硬化率与冷轧应变无关的特性；叶想平等 [31] 的中子辐照预应变高纯铝的实验结果进一步表明，相同
真应力条件下，高纯铝的应变硬化率不仅与辐照剂量无关，还与预应变无关，见图 4 [31] ，图中 0.03 dpa-10%
表示 10% 拉伸预应变高纯铝样品的中子辐照剂量为 0.03 dpa，其他依此类推。
Byun 等 [37-39,55] 工作的主要意义有以下 2 点：(1) 基于未辐照金属的屈服强度和失稳应力以及辐照金
属的屈服强度，就能够预判辐照材料相对完全脆化剩余的塑性硬化储备量，进而评估其辐照硬化和脆化
程度，实现基于辐照硬化效应量化评估材料的脆化效应，极大降低辐照脆化问题的研究难度。叶想平等 [30-31]

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