【摘要】：隨著第四代核能系統(tǒng)的提出,當(dāng)前正在使用的燃料包殼材料不能夠滿足第四代核能系統(tǒng)的要求,所以需要尋求和開發(fā)新的能夠滿足第四代核能系統(tǒng)的燃料包殼材料。由于Fe-Cr-Al合金的較好的高溫強度和抗高溫氧化能力優(yōu)異等優(yōu)點,以及在火力發(fā)電應(yīng)用時較好的表現(xiàn),被認(rèn)為是新一代核能系統(tǒng)核燃料包殼材料的候選材料之一。本文全面系統(tǒng)的開展了核燃料包殼材料Fe-Cr-Al合金的制備、熱處理、熱加工以及微觀組織、力學(xué)性能、高溫氧化性能等試驗研究,對材料的微觀組織進行調(diào)控,對相關(guān)斷口特征、裂紋分布和氧化膜結(jié)構(gòu)進行了分析,研究了空氣氛圍、水蒸氣氛圍氧化機制,發(fā)現(xiàn)了以下規(guī)律:(1)Fe-13Cr-6Al合金的1150℃均勻化退火處理20min后空冷處理的試樣晶粒尺寸適中,晶粒大小均勻,得到的合金組織較好;Fe-13Cr-6Al合金經(jīng)過800℃熱軋,1000℃再結(jié)晶退火這種溫度工藝處理的試樣不但在結(jié)晶完全,而且晶粒細(xì)密,得到的合金組織較好。(2)隨著Al含量的增加,Fe-Cr-Al合金仍為α-Fe單相結(jié)構(gòu),屬于鐵素體,其相結(jié)構(gòu)并沒有隨著Al元素的變化而變化,硬度明顯提高;隨著Al的升高,合金的彈性模量變化并不明顯;Fe-Cr-Al合金的屈服強度和抗拉強度隨著Al含量升高而升高,其中合金Fe-13Cr-6Al的屈服強度和抗拉強度最高達(dá)到421MPa和495MPa,合金的斷裂伸長率隨Al元素含量的升高而降低。成分為Fe-13Cr-6Al的Fe-Cr-Al合金其抗拉強度最好,斷裂伸長率最小,綜合考慮,Fe-13Cr-5Al的力學(xué)性能最優(yōu)異,其抗拉強度為459.37MPa,屈服強度達(dá)到377.50MPa,斷裂伸長率為23.6%。其力學(xué)性能優(yōu)于鋯合金等傳統(tǒng)包殼材料。(3)從氧化實驗結(jié)果來看,在1200℃空氣氣氛中Fe-Cr-Al合金中的Al含量達(dá)到5wt.%時,就可以形成防護效果較好的氧化膜;而在1200℃水蒸氣環(huán)境中Al含量需要達(dá)到6wt.%;表面物相來看,在1200℃空氣環(huán)境中Al元素至少要達(dá)到3wt.%才能形成連續(xù)的Al_2O_3薄膜;而在1200℃水蒸氣環(huán)境中Al元素至少要達(dá)到4wt.%才能形成連續(xù)的Al_2O_3薄膜;氧化熱力學(xué)計算來看,不論是在1200℃空氣環(huán)境中還是1200℃水蒸氣環(huán)境中,Al氧化形成Al_2O_3的反應(yīng)具有最高的吉布斯自由能,并且Al元素能夠與Cr_2O_3、Fe_2O_3和FeCr_2O_4發(fā)生反應(yīng),Al元素含量的增加則能夠增加形成的Al_2O_3薄膜生成的速度和質(zhì)量,使其快速的生成連續(xù)而致密的Al_2O_3薄膜,并且有一定厚度,可以延緩甚至阻止氧化膜繼續(xù)生成�？傮w而言,Fe-Cr-Al合金的力學(xué)性能以及抗高溫氧化性能遠(yuǎn)優(yōu)于其他傳統(tǒng)包殼材料,是核反應(yīng)堆事故容錯核燃料(ATF)包殼的首要選擇。
【圖文】：

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文損傷機理。4）Fe-Cr-Al 合金高溫抗氧化性能研究把 Fe-Cr-Al 合金控制其 Al 元素含量分別置于空氣氛圍和水蒸氣氛圍進行恒溫掃描電鏡觀察合金表面氧化膜的形貌，繪制不同 Al 元素含量的合金氧化動力確定引起合金耐高溫氧化性能差異的因素，分析其氧化層穩(wěn)定性及氧化膜形成機.3 課題技術(shù)路線根據(jù)本課題研究內(nèi)容制定的技術(shù)路線如下圖 1.1 所示。

圖 2.1 Fe-Cr-Al 合金等溫相圖料的成分設(shè)計方案等溫相圖確定 Al、Cr 元素含量如下：的確定可知，Cr元素的含量為13wt.%上下，F(xiàn)e-C的含量確定為 13wt.%定值。的確定圖可知，F(xiàn)e-Cr-Al 合金的作為包殼材水平。當(dāng) Al 含量高于 1wt.%時，合金的t.%時，合金的機械加工性能急劇下降，擇 Fe2CrAl 相區(qū)附近作為試樣合金所選的為在 13wt.%，余量為 Fe，，研究 Al 含量對
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TF64;TM623

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本文編號：2699305