V-4Cr-4Ti合金具有低活化特性、韌脆轉(zhuǎn)變溫度低以及抗輻照腫脹性能好等優(yōu)點(diǎn),受到廣泛關(guān)注,有望作為第四代裂變反應(yīng)推和先進(jìn)聚變堆的結(jié)構(gòu)材料使用。以往的研究表明其在制備過程中容易產(chǎn)生分布不均的富鈦沉淀相及由此產(chǎn)生大小不均的晶粒,且其在高溫下的力學(xué)性能及抗氧脆能力有待提高。為解決上述問題并優(yōu)化其力學(xué)性能,本論文以V-4Cr-4Ti-xY-yZr合金體系為研究對(duì)象,系統(tǒng)研究了 Y、Zr添加對(duì)V-4Cr-4Ti合金微觀組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的影響,特別是揭示了富釔和富鋯沉淀相的析出機(jī)制,設(shè)計(jì)了合理的熱處理工藝在合金中大幅減少了非均勻分布的晶內(nèi)Ti(C,N,O)沉淀相和晶界V(C,N,O)化合物的析出,在晶內(nèi)形成了分布相對(duì)均勻的釔氧化物和鋯氧化物沉淀相。得到的主要結(jié)論如下:(1)研究了不同組成合金的沉淀行為并揭示了沉淀相的析出機(jī)制。添釔大幅減少非均勻分布的晶內(nèi)Ti(C,N,O)沉淀相和晶界V(C,N,O)化合物的析出;添釔形成的新沉淀相包括微米級(jí)釔氧化物夾雜和尺度小于200nm的富釔沉淀相,前者形成于熔煉過程,后者在較高溫度下(1000℃C)由固溶Y和固溶O反應(yīng)得到,形成于熱機(jī)械處理過程和退火過程。(2)添鋯能抑制 Ti(C,N,O)和 V(C,N,O)的析出,在 V-4Cr-4Ti-xZr(x=0.2,0.4,0.6)合金中觀察到較大和較小尺寸的鋯氧化物相,前者的體積分?jǐn)?shù)隨Zr添加量增加而增加,后者的體積分?jǐn)?shù)隨鋯含量的增加呈先增后減的趨勢(shì),其由較高溫度下固溶Zr和固溶O反應(yīng)得到;在V-4Cr-4Ti-0.3Y-xZr(x=0.2,0.4,0.6)合金中,觀察到鋯氧化物、釔氧化物和釔鋯共生氧化物相,釔鋯共生氧化物的量隨Zr/Y的增加而增加。(3)探討了沉淀行為的變化對(duì)晶粒大小的影響。熔煉過程中,釔添加形成的釔氧化物夾雜能細(xì)化鑄態(tài)晶粒,而鋯添加只形成微量的鋯氧化物相且對(duì)鑄錠晶粒無細(xì)化作用;非均勻分布的Ti(C,N,O)的大幅減少在很大程度上提高了再結(jié)晶晶粒的均勻性;較高溫度下(1000℃C)析出的富釔沉淀相或富鋯沉淀相均能抑制合金晶粒在較高溫度下的異常長大行為。(4)提出微區(qū)沉淀分布對(duì)微區(qū)織構(gòu)演化行為有重要影響。軋態(tài)V-4Cr-4Ti合金片宏觀形變織構(gòu)為α-纖維織構(gòu)和γ-纖維織構(gòu),退火后的再結(jié)晶織構(gòu)中α-纖維織構(gòu)明顯減少而γ-纖維織構(gòu)無明顯變化;軋態(tài)V-4Cr-4Ti合金片的微區(qū)形變織構(gòu)和富鈦沉淀相的分布極不均勻,富鈦沉淀相的體積分?jǐn)?shù)大小嚴(yán)重影響微區(qū)再結(jié)晶織構(gòu)的演化行為。軋態(tài)V-4Cr-4Ti-0.3Y合金片的宏觀形變織構(gòu)和V-4Cr-4Ti類似,微區(qū)形變織構(gòu)與再結(jié)晶織構(gòu)分布都比較均勻,這主要源于非均勻分布富鈦沉淀相的減少。(5)闡明了 Y、Zr添加與合金力學(xué)性能及斷裂模式的內(nèi)在聯(lián)系。Y、Zr添加均有利于抑制動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效效應(yīng);Y添加對(duì)V-4Cr-4Ti合金的室溫及高溫拉伸強(qiáng)度影響不大,Y添加量較小時(shí)強(qiáng)度值還有所下降,這與固溶C、N、O雜質(zhì)含量及Ti(C,N,O)沉淀相的減少有關(guān),當(dāng)Y含量增加至0.3wt.%時(shí),強(qiáng)度值有所回升,這與合金中細(xì)小富釔沉淀相的含量相對(duì)較高有關(guān)。拉伸強(qiáng)度(包括室溫和高溫)大小順序:V-4Cr-4Ti-0.3YV-4Cr-4Ti-0.3Y-xZr(x=0.2,0.4)V-4Cr-4Ti-xZr(x=0.2,0.4),單獨(dú)添鋯有助于提升合金的拉伸強(qiáng)度,尤其是V-4Cr-4Ti-0.4Zr合金,這主要與數(shù)密度較高的納米鋯氧化物沉淀相的析出有關(guān)。所有合金試樣的拉伸強(qiáng)度均隨測(cè)試溫度的升高而降低,且溫度越高氧脆現(xiàn)象越明顯,Y和Zr的單獨(dú)添加及共添加均能緩解高溫下的氧脆現(xiàn)象,單獨(dú)添加Zr的效果最佳。
【學(xué)位單位】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TL627
【部分圖文】：

低活化鐵素體馮氏體鑰的放射性劑盆率隨衰變時(shí)間的變化愉祝Pel

夏氏沖擊試樣的吸收能隨側(cè)試沮度的變化愉況ps,gay

行為對(duì)釩合金的機(jī)械性能和抗輻照性能具有重要影響，因此該項(xiàng)研宄得到了廣泛關(guān)注，??也獲得了較為一致的結(jié)論。Ｎ．Ｊ．?Ｈｅｏ［５３’５４￥ｎ?Ｔ．?Ｍｕｒｏｇａ等［１３］研宄了?Ｖ－４Ｃｒ－４Ｔｉ合金在退火??條件下沉淀相的溶解和析出行為。表明存在較大的塊狀沉淀相和較小的沉淀相，如圖１．６??（ａ）所示，前者在最初的制備過程中形成，主要由Ｔｉ、Ｃ、Ｎ、０組成，當(dāng)溫度高于１１００°Ｃ??時(shí)，仍穩(wěn)定存在，其ＳＥＭ形貌如圖如圖１．６?（ｂ）所示。電子衍射分析［５５］表明該沉淀相??為ｆｅｅ結(jié)構(gòu)，為ＮａＣｌ結(jié)構(gòu)，且該結(jié)構(gòu)中的金屬元素只被鈦原子占據(jù)。后者由Ｔｉ、０、Ｃ??組成，尺度在納米級(jí)，在７００°Ｃ形成，在１０００－１１００°Ｃ消失，同時(shí)在晶界發(fā)現(xiàn)新的沉淀??相，由Ｖ和Ｃ組成，較大和較小的富鈦沉淀相，如圖１．６?（ｃ）所示。最近Ａ．?Ｉｍｐａｇｎａｔｉｅｌｌｏ??等［５６，?５７］的研究認(rèn)為在Ｖ－４Ｔｉ和Ｖ－４Ｃｒ－４Ｔｉ合金中當(dāng)在４５０－６００°Ｃ范圍內(nèi)退火時(shí)會(huì)形成納米??級(jí)別的ＴｉＯ沉淀相，他們對(duì)這種納米級(jí)ＴｉＯ沉淀相與釩基體的界面特征進(jìn)行了表征。??較大的塊狀富鈦沉淀相的分布嚴(yán)重影響再結(jié)晶晶粒尺寸分布的均勻性
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2868077