Page 28 - 《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

高，均匀延伸率不断降低，同样表现出应变率和辐照耦合增强硬化和脆化的特性，如图 16 [33] 所示。但高
纯铝缺乏工程应用背景，相关研究结果仅能够提供应变率和中子剂量耦合作用对金属拉伸性能影响的
一般规律性认识，无法直接支撑反应堆结构金属延寿和新型先进反应堆用材料研发的相关研究工作。

1 000

Hot cell 750

Incident Locking Pre-stressed Hydraulic Engineering stress/MPa 500
Transmitted bar bar system bar actuator
Manipulator 0 dpa-20 ℃-4×10 s −1
−3
250
0 dpa-20 ℃-450 s
−1
−3
30 dpa-20 ℃-4×10 s −1
30 dpa-20 ℃-385 s −1
0 0.15 0.30 0.45 0.60
Engineering strain
(a) Split Hopkinson tensile bar with hot cell (b) Tensile stress-strain curves of 304L steel
图 15 中子辐照退火态 304L 钢的实验结果 [29]
Fig. 15 Experimental results of neutron irradiation annealed 304L steel [29]

以上中子辐照金属的实验结果表明，辐照 80
金属依旧表现出显著的动态硬化和脆化行为，且
与 辐 照 硬 化 和 脆 化 效 应 之 间 存 在 耦 合 增 强 特 60
性。但由于中子辐照金属动力学实验自身难度
大，以及早期对反应堆遭遇瞬态冲击载荷的预估 Engineering stress/MPa 40
不足等原因，中子辐照金属在异常瞬态冲击载荷 0 dpa-1.1×10 s −1
−3
−1
条件下（10 ～10 s ）的动力学性能实验研究极 20 0 dpa-2.5×10 s −1 −1
4
2
−3
−3
少 [29,33] 。与此同时，尽管预应力与辐照耦合能够 0.09 dpa-1.1×10 s −1
0.13 dpa-2.5×10 s
−3
复杂地改变金属材料的硬化和脆化特性，但由于
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
中子辐照预应力金属样品制备更为困难，以及早 Engineering strain
期对预应力这种反应堆内典型服役工况的关注
图 16 中子辐照退火态高纯铝的拉伸实验结果 [33]
度不足等原因，对中子辐照预应力金属的动力学 Fig. 16 Tensile experimentals of neutron irradiation annealed
特性的研究至今还未见报道。因此，安全的中子 high-purity aluminum [33]
辐照金属动力学实验技术亟待发展，中子辐照反
应堆用结构金属的硬化和脆化规律与机理研究还有待深入，涉及中子辐照-预应力耦合条件下金属的动
态硬化和脆化行为实验研究亟待开展。
4 总结与展望

系统总结和评述了辐照剂量、剂量率、预应力和加载应变率对金属硬化和脆化的影响规律与微观
机理实验研究现状，主要研究进展与后续发展建议如下。
(1) 高能粒子辐照产生的缺陷阻碍位错滑移导致辐照硬化，辐照缺陷的尺寸和数密度是影响辐照硬
化的主要参量，缺陷在辐照初期大量形核，提高数密度，饱和剂量后缺陷的数密度近乎不再增加，导致饱
和剂量前的硬化效应更显著；辐照缺陷对滑移位错的非均匀阻碍诱导位错发生局域集中滑移，辐照（含
辐照缺陷，氢/氦嬗变产物）对晶界的弱化，以及辐照析出物对界面的弱化均会导致脆化；严格控制 Cu、

P 等元素含量，能够有效抑制 RPV 钢等在辐照过程中偏析引起的脆化，增加晶界、相界等界面面积能够
有效抑制氢/氦嬗变产物的聚集长大，延缓氢/氦脆化效应；基于位错通道的辐照脆化机理研究还需重点

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