發(fā)布時間：2020-06-08 03:01

【摘要】：釩合金與低活化鐵素體／馬氏體鋼(Reduced Activation Ferritic/Martensitic,簡稱RAFM)均為未來核聚變堆結(jié)構(gòu)材料的備選,且均具有體心立方結(jié)構(gòu)。未來核聚變堆服役工況條件苛刻,其結(jié)構(gòu)材料在面對高能中子流輻照的同時還需承受來自高能離子、電子以及氦氣、氫氣的沖擊。這就給核聚變堆結(jié)構(gòu)材料的高溫力學性能、抗輻照性能以及其他服役性能提出了極大的挑戰(zhàn)。析出硬化是能有效提高結(jié)構(gòu)材料強度和硬度的強化手段之一。研究釩合金與RAFM鋼中析出相的形成與演化對于預測這兩種材料在高溫、高載、強輻照環(huán)境下的性能演變有重要的意義。本文以自行冶煉的V-4Cr-4Ti合金和中國低活化馬氏體鋼(China Low Activation Martensitic,簡稱CLAM)為研究對象,利用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡分別對V-4Cr-4Ti合金和CLAM鋼鑄態(tài)、不同處理態(tài)的基體顯微組織進行了研究；以基體組織為參考系,對不同組織中的析出相的類型、尺寸及結(jié)構(gòu)特征進行了觀察與表征；并利用維氏顯微硬度儀對不同處理狀態(tài)的兩種材料的硬度進行了測量；最后分析了鐵離子和氦離子注入對于V-4Cr-4Ti合金微觀結(jié)構(gòu)的影響。重點討論了V-4Cr-4Ti合金中析出相的形成與強化機制以及CLAM鋼中多種析出相的交互作用對其穩(wěn)定性的影響,獲得如下創(chuàng)新性結(jié)果：V-4Cr-4Ti合金鑄態(tài)的樣品中析出相數(shù)量稀少且分布不均。熱處理能明顯促進析出相的形成,但析出相優(yōu)先在晶粒內(nèi)部而不是晶界位置析出。合金內(nèi)析出相為具有NaCl結(jié)構(gòu)的薄板條狀的Ti-(CN),其以基體的{200}晶面族為慣習面析出,同時與基體保持良好的共格關系。合金內(nèi)的析出相是以切變機制形成,形成初期的析出相包含高密度孿晶,隨后通過Ti原子自基體向析出相的擴散與V原子的反向擴散的方式消除了孿晶。V-4Cr-4Ti合金熱處理后的樣品出現(xiàn)反常硬化現(xiàn)象,含高密度析出相的樣品對應于硬度谷值。這個現(xiàn)象的原因為：析出相板條狀的外形增強了其對位錯運動的阻擋效應,位錯僅能在相鄰析出相間滑移。這會降低不同滑移系間交割的概率,即減弱了加工硬化效應。析出相分布密度越高,這一作用越明顯。未變形樣品中的析出相以垂直交叉或平行排列的方式集中分布,且形成類似于“界面”的構(gòu)型,但在“界面”兩側(cè)幾乎不會形成取向差。變形樣品中的析出相可阻擋位錯滑移。析出相的集中分布區(qū)易形成高密度位錯塞積,通過累積位錯取向差的方式,可在塞積區(qū)域的兩側(cè)造成2-10。的取向差。V-4Cr-4Ti合金室溫注入鐵離子后,會在晶界位置形成大尺寸不規(guī)則富Ti析出相,同時在晶粒內(nèi)部形成納米級小析出相；遠離晶界位置的原始針狀或板條狀析出相會變厚變彎。晶界位置形成大尺寸不規(guī)則狀的富Ti析出相是輻照過程中Kirkendall效應的體現(xiàn)。室溫注氦的樣品中,預析出相與基體的交界面是氦氣泡的優(yōu)先形核位置。電子輻照下氦氣泡會快速縮小。預析出相與基體交界面是氦原子擴散的快速通道。CLAM鋼鑄態(tài)及不同處理態(tài)樣品的基體組織由大量馬氏體、多邊形鐵素體及少量位于原奧氏體邊界的δ-鐵素體組成。不同的析出相分布在不同的顯微組織中,如(Cr, Fe) 3C主要分布在多邊形鐵素體內(nèi)、富Ta、Nb的MX型析出分布在馬氏體板條內(nèi),富Cr的M23C6型析出相位于原奧氏體晶界處。CLAM鋼樣品以不同冷卻速率由高溫冷卻至室溫過程中,δ-鐵素體→奧氏體相變過程受制于冷卻速率,奧氏體_馬氏體相變過程幾乎不受冷卻速率影響。CLAM鋼800℃長時間等溫硬度曲線呈現(xiàn)起伏,分別對應于位錯結(jié)構(gòu)的回復,富Cr的M23C6相快速析出及熟化、富Ta、Nb的MX相的緩慢析出過程�？焖傥龀龅�(wěn)定性差的M23C6相與緩慢析出但高穩(wěn)定的MX相的接力作用,造成了CLAM鋼等溫樣品硬度的起伏和顯微組織的長時間穩(wěn)定。
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TL627

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 姜志忠;黃繼華;陳樹海;巨新;;聚變堆用CLAM鋼電子束焊接接頭顯微組織轉(zhuǎn)變與力學性能[J];焊接學報;2011年03期

，

本文編號：2702432