本文關(guān)鍵詞：Si含量對(duì)GH3535合金中碳化物形成和轉(zhuǎn)變行為的影響

  更多相關(guān)文章： GH3535合金 Si含量 碳化物 熱穩(wěn)定性 第一性原理計(jì)算

【摘要】：能源危機(jī)以及傳統(tǒng)核反應(yīng)堆的安全事故促使人類將目光聚焦于以熔鹽堆為代表的第四代核反應(yīng)堆系統(tǒng)。中國(guó)在2011年啟動(dòng)了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)《未來(lái)先進(jìn)核裂變能-釷基熔鹽核能系統(tǒng)》(Thorium-based Molten Salt Reactor,TMSR)。為了確保熔鹽堆堆芯容器和回路管道等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的制備,有必要在已有的Hastelloy N合金的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化,獲取性能更優(yōu)的國(guó)產(chǎn)GH3535合金。前期在Hastelloy N合金和GH3535合金中的相關(guān)研究已經(jīng)證明Si含量與合金組織和性能之間存在密切的聯(lián)系,Si含量范圍亟待優(yōu)化。然而這些研究有限且零散,不足以為工程合金中Si含量的優(yōu)化提供足夠的依據(jù)。同時(shí)這些研究也未能清晰的闡述Si影響合金中碳化物組織形態(tài)和結(jié)構(gòu)的內(nèi)在機(jī)制。本文主要研究七種不同Si含量的GH3535合金在鑄態(tài)、固溶態(tài)以及熱暴露狀態(tài)下的碳化物的類型、形態(tài)、成分和演化行為。同時(shí),基于熱力學(xué)分析和第一性原理計(jì)算研究了Si穩(wěn)定M6C碳化物的作用機(jī)理。主要的結(jié)論如下:(1)Si的添加抑制了鑄態(tài)組織中M2C共晶碳化物的析出,促進(jìn)了M6C共晶碳化物的形成,完全消除M2C碳化物的臨界Si含量為~0.319 wt.%。基于經(jīng)典形核理論,Si的添加降低M6C碳化物的吉布斯自由能,提高其形核率,故而在與M2C碳化物的競(jìng)爭(zhēng)形核過(guò)程中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。當(dāng)對(duì)鑄態(tài)組織進(jìn)行熱軋并固溶處理之后,M2C碳化物由于相對(duì)差的熱穩(wěn)定性而溶解,組織中僅出現(xiàn)沿軋向分布的鏈狀M6C碳化物,其數(shù)量隨著Si含量的增加而增加。(2)不同Si含量GH3535合金經(jīng)過(guò)不同熱暴露處理,晶界上析出類型、形貌和分布形態(tài)不同的析出相。較低Si含量(0.0514和0.188 wt.%)的GH3535合金在熱暴露初期形成晶界M2C碳化物,隨熱暴露時(shí)間逐步演化為片狀M6C碳化物。M2C碳化物向M6C碳化物遵循單獨(dú)形核生長(zhǎng)機(jī)制。高Si合金(0.319,0.562和1.01wt.%)中,晶界熱暴露初期形成片狀M6C碳化物,隨熱暴露時(shí)間逐步粗化為顆粒狀M6C碳化物。在熱暴露2000小時(shí)后,含0.562和1.01 wt.%Si合金中,晶界上開(kāi)始析出M2C碳化物。大量鏈狀M6C碳化物以及晶界M6C碳化物的析出導(dǎo)致較低的基體Si含量是M2C碳化物異常析出的主要原因。(3)當(dāng)含Si 0.46 wt.%的GH3535合金以20oC/min加熱到1335℃或者更高的溫度后水淬,鏈狀碳化物演化為熱裂紋和共晶相,沿著軋向在晶界上形成。而在0.06 wt.%Si合金中加熱到1365℃時(shí)只有少量的熱裂紋出現(xiàn)。鏈狀M6C碳化物中Si富集導(dǎo)致的組分液化是上述相轉(zhuǎn)變的主要機(jī)制。(4)采用同步輻射技術(shù)和第一性原理計(jì)算系統(tǒng)地研究了GH3535合金中M6C碳化物中的Si的擇優(yōu)占位及其穩(wěn)定碳化物的物理機(jī)制。結(jié)果發(fā)現(xiàn),Si原子傾向占據(jù)Ni(16d)位置。態(tài)密度分析發(fā)現(xiàn)Ni48-xSixMo48C16結(jié)構(gòu)中摻雜Si(16d)的s軌道與最近鄰的Ni(32e)和Mo(48f)的s、p和d軌道發(fā)生雜化。16d位置處的原子由Ni替換為Si時(shí),平均Mulliken電荷由負(fù)值變?yōu)檎?與XANES譜中Si的K邊能的變化相一致。摻雜的Si原子主要通過(guò)與周圍的金屬原子的交互作用來(lái)穩(wěn)定M6C碳化物。在上述結(jié)論的基礎(chǔ)上,從加工、力學(xué)性能和焊接三個(gè)角度進(jìn)行評(píng)估和分析,推薦GH3535合金中最優(yōu)的Si含量為~0.319 wt.%。本文采用第一性原理計(jì)算方法從原子尺度研究了Si在M6C碳化物的占位及其穩(wěn)定碳化物的機(jī)制,將對(duì)研究高溫合金、高速鋼和硬質(zhì)合金中Si與M6C碳化物相關(guān)的問(wèn)題提供理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TL426

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 楊光昱,郝啟堂,介萬(wàn)奇;鎂鋰系合金的研究現(xiàn)狀[J];鑄造技術(shù);2004年01期

2 陳剛;彭曉東;劉相果;周書(shū)才;;鎂鍶合金的制備及其應(yīng)用[J];中國(guó)鑄造裝備與技術(shù);2005年06期

3 沙桂英;呂勤云;于濤;孫曉光;王洪順;;攪拌摩擦加工對(duì)Mg-2.67%Nd-0.5%Zn-0.5%Zr合金動(dòng)態(tài)變形行為的影響[J];航空材料學(xué)報(bào);2010年02期

4 肖于德,黎文獻(xiàn),熊建明,朱焱;鈧對(duì)2618合金擠壓前后組織及性能的影響[J];材料開(kāi)發(fā)與應(yīng)用;1998年03期

5 王建華,易丹青,陳康華,盧斌,劉沙;錫對(duì)2618合金組織及性能的影響[J];熱加工工藝;2001年06期

6 余琨 ,黎文獻(xiàn) ,張世軍;鑄造Mg-RE-Zn-Zr合金的組織和性能[J];特種鑄造及有色合金;2001年06期

7 余琨 ,黎文獻(xiàn),張世軍;鑄造Mg-RE-Zn-Zr合金的組織和性能[J];特種鑄造及有色合金;2002年S1期

8 宋練鵬,尹志民,馮然,徐應(yīng)紅;熱處理對(duì)Cu-Al-Fe-Ni-Cr-RE合金組織和性能的影響[J];電力機(jī)車技術(shù);2002年04期

9 段玉波,唐劍,黃平,李成利,曾蘇民;7B04合金的斷裂韌性[J];中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào);2003年01期

10 趙洪恩,張勻;新型抗磨鰭片材料—鐵鉻硅合金[J];機(jī)械工程材料;1988年01期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李春英;;淺析A356.2合金工藝優(yōu)化[A];有色金屬工業(yè)科技創(chuàng)新——中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)第七屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2008年

2 李吉慶;;Cu對(duì)Mg-10Li-3Al合金顯微組織及硬度的影響[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

3 張振波;李述軍;郝玉琳;楊銳;郭正曉;;中溫旋鍛變形Ti2448合金的顯微組織及力學(xué)性能[A];第十四屆全國(guó)鈦及鈦合金學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集（上冊(cè)）[C];2010年

4 李建國(guó);李黎;郭道華;;新型Al-Mg-Si系合金的析出相和力學(xué)性能[A];全國(guó)第十三屆輕合金加工學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2005年

5 胡金力;劉嘉斌;孟亮;;Cu-0.4%Cr-0.12%Zr-0.01%Si合金鑄態(tài)組織的顯微分析[A];2009中國(guó)功能材料科技與產(chǎn)業(yè)高層論壇論文集[C];2009年

6 熊益民;張永安;朱寶宏;王鋒;劉紅偉;熊柏青;;Al-Cu-Mg-Ag-Zr合金的熱變形研究[A];中國(guó)有色金屬學(xué)會(huì)第十二屆材料科學(xué)與合金加工學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2007年

7 鄭飛燕;彭立明;李學(xué)文;;攪拌摩擦加工對(duì)Mg-Gd-Ag-Zr合金組織和性能的影響[A];2013廣東材料發(fā)展論壇——戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展與新材料科技創(chuàng)新研討會(huì)論文摘要集[C];2013年

8 韓積亭;程云君;梁曉波;張建偉;李世瓊;;熱處理對(duì)鑄造Ti-23Al-17Nb合金組織和拉伸性能的影響[A];第十四屆全國(guó)鈦及鈦合金學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集（上冊(cè)）[C];2010年

9 劉洪軍;曹馳;錢旺盛;郝遠(yuǎn);;Zr對(duì)Zn-11%Al-8%Cu-Mg合金組織和性能的影響[A];第七屆全國(guó)材料科學(xué)與圖像科技學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

10 譚永寧;黃朝暉;余乾;趙希宏;邢占平;仝健民;;錸對(duì)定向合金組織和性能的影響[A];第九屆材料科學(xué)與合金加工學(xué)術(shù)會(huì)議專刊論文集[C];2004年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 王寶順 羅坤杰 張麥倉(cāng) 董建新;應(yīng)對(duì)油氣開(kāi)采環(huán)境變化開(kāi)發(fā)優(yōu)良性能合金[N];中國(guó)冶金報(bào);2009年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 陳波全;稀土Er對(duì)Mg-Zn-Zr合金力學(xué)性能和熱加工過(guò)程中微結(jié)構(gòu)演化的影響[D];重慶大學(xué);2015年

2 柴方;水下攪拌摩擦加工AZ系鎂合金組織演變和變形機(jī)理的研究[D];華南理工大學(xué);2015年

3 李魚(yú)飛;V-5Cr-5Ti合金的熱壓縮動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為[D];中國(guó)工程物理研究院;2015年

4 蔣福林;Al-Zn-Mg-Cu合金熱/力作用下的靜態(tài)軟化：物理模擬與模型[D];湖南大學(xué);2015年

5 陳雙建;GH3535合金焊接熱影響區(qū)組織演變及性能研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所);2017年

6 蔣力;Si含量對(duì)GH3535合金中碳化物形成和轉(zhuǎn)變行為的影響[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所);2017年

7 溫凱;Mg-(Gd,Er)-Zn-Zr合金微觀組織演變及其力學(xué)性能研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2016年

8 張亮;鎂鋁合金成分、半固態(tài)組織和等溫處理工藝[D];吉林大學(xué);2011年

9 張慧芳;BTi-62421S合金高溫變形行為及應(yīng)用研究[D];中北大學(xué);2011年

10 李超;Ti-55511合金的熱變形行為及晶粒細(xì)化研究[D];中南大學(xué);2013年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 于小健;稀土Y對(duì)A356合金組織和性能的影響[D];江蘇理工學(xué)院;2015年

2 鄧紅星;C含量及冷變形對(duì)OCr25Ni35AlTi合金組織和性能的影響[D];昆明理工大學(xué);2015年

3 潘彥鵬;高強(qiáng)韌鑄造Al-Si-Cu-Mg合金組織性能研究[D];北京有色金屬研究總院;2015年

4 陸常翁;ZCuSn10合金流變擠壓組織及性能研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

5 邢燕飛;退火冷卻速度及Ga含量對(duì)Fe-16Cr-2.5Mo合金阻尼性能的影響[D];西南交通大學(xué);2015年

6 雒創(chuàng);Ti-7Cu合金半固態(tài)變形行為研究[D];長(zhǎng)安大學(xué);2015年

7 曹躍杰;稀土元素La對(duì)Mg-Sn-Mn合金組織與性能的影響[D];沈陽(yáng)大學(xué);2015年

8 沈駿;AZ80多向擠壓的熱模擬及其組織性能影響研究[D];南京理工大學(xué);2015年

9 趙玲玲;Al-Mg-Mn合金組織織構(gòu)及力學(xué)性能研究[D];內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué);2015年

10 高凱;稀土變質(zhì)對(duì)Al-Fe系合金組織及力學(xué)性能的影響[D];內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué);2015年

，

本文編號(hào)：1265347