The influence of the characteristics of (α+β) heat-treated Zircaloy-4 on the hydrogen embrittlement was investigated. The (α+β) heat treatment was carried out at 890℃ and 950℃. After heat treatment the hydrogen was charged to about 150-200 ppm. The hydride morphology was observed with optical microscopy and related to the matrix texture and mechanical properties produced by the (α+β) heat treatment. Uniaxial tensile test after hydrogen charging was performed to evaluate the changes of mechanical properties. The ultimate tensile strength, uniform elongation, and total elongation were discussed with the hydride morphology and the characteristics produced by the (α+β) heat treatment. The fracture surface of tensile specimen was observed with scanning electron microscope.
The (α+β) heat treatment and quenching resulted in a mixture of primary α and transformed β phases. During furnace cooling after hydrogen charging, the cooling rate was 1.5 ℃/min and this cooling rate was so slow that hydride precipitates mainly along grain boundaries than on the intragranular habit planes. The hydride was large with the length of about 50~150 μm and precipitated more or less parallel to the rolling - transverse plane. The difference in hydride morphology between the rolling and transverse specimen was not observed. The changes in crystallographic texture alone did not produce any difference in hydride traces because of the low variation of volume fraction of basal poles 0-30° from reference direction, $V_R$ with increasing volum e fraction of the transformed β, $f_α'$, the hydride precipitation along grain boundaries, and residual stress which were produced during quenching. Total elongation decreased markedly after the hydrogen charging due to the preferred precipitation of large hydride along grain boundaries and triaxial stress state in necked region after UTS. But the UTS and uniform elongation were not varied between the hydrogen uncharged and charged specimens, irrespectively of $f_α'$, because hydride may experience some plastic deformation.
(α+β) 열처리에 의해서 생성된 특성이 지르칼로이-4의 수소 취성에 미치는 영향을 조사하였다. 890℃와 950℃ 에서 (α+β) 열처리를 하였다. 열처리 후 150~200 ppm 정도의 수소를 장입하였다. 광학현미경으로 수소화물 형상 (morphology) 을 관찰하였으며, 이를 (α+β) 열처리에 의해서 생성되는 집합조직과 기계적 성질과 관련시켰다. UTS 와 elongation 을 수소화물의 형상과 (α+β) 열처리 후의 특징과 연관하여 고찰하였다. 인장 시편의 파면은 전자 현미경을 사용하여 관찰하였다.
(α+β) 열처리후 조직은 primary α 와 transformed β 의 혼합상이었다. 수소 장입후 노냉 속도는 약 1.5 ℃/min 이었고 이 정도의 냉각 속도에서는 수소화물이 결정입내의 habit 면 보다는 주로 입계를 따라 석출하였다. 이때의 수소화물의 크기는 약 50 ~ 150 ㎛정도로 조대하였으며 rolling-transverse 면에 평행하게 석출하였다. RD 와 TD 시편간의 수소화물 형상의 차이는 관찰하지 못했다. (α+β) 열처리 시간에 따른 시편ㄴ 조직 변화는 수소화물 형상에 큰 영향을 끼치지 못했다. $f_α'$ 이 증가함에 따라 $V_R$의 증가가 작았으며, 수소화물이 주로 입계를 따라 석출되었고, quenching 시 생성된 잔류 응력때문에 단지 집합조직만으로는 수소화물 trace 의 분포를 예측 할 수 없었다. 총연신율(total elongation)은 수소 장입 후 많이 감소하였으며 이는 입계를 따라 석출된 조대한 수소화물과 UTS 이후에 네킹이 일어난 영역에서 삼축 응력의 발생이 void link-up 을 용이하게 하였음에 기인한 것으로 추론 된다. 그러나 수소화물의 파괴가 일어나려면 어느 정도의 소성변형이 필요하므로 UTS 와 균일연신율(uniform elongation)은 $f_α'$과는 무관하게 수소 주입 전후에 변화하지 않았다.
