纳米结构9Cr-ODS钢的制备及其组织与性能的研究

来源 :东北大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:zhu_2009
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聚变堆第一壁材料直接承受氘—氚聚变反应产生的大量高能高速中子(14MeV)的辐照,高性能第一壁结构材料是发展聚变堆必需解决的关键技术。纳米结构氧化物弥散强化钢(纳米结构ODS钢,或简称ODS钢)由于具有优异的高温力学性能和抗辐照能力,成为聚变堆第一壁最佳候选材料。本文以纳米结构9Cr-ODS钢为研究对象,首先通过机械合金化法制备Fe-9Cr-1.5W-0.4Mn-0.1Ta-0.2V-0.3Ti-0.3Y3O2合金粉末。为确定最佳球磨参数,研究了球磨时间对合金粉末微观形貌、晶粒尺度和固溶情况的影响;然后将合金粉末经热等静压固体化成型得到具有极高密度纳米尺度析出相的9Cr-ODS钢。对9Cr-ODS钢显微组织、力学性能和高温稳定性进行了研究。所得结论如下:1、球磨初期,粉末颗粒形状不规则,颗粒尺寸逐渐增大。当球磨至1h时,合金粉末已经发生严重的冷焊现象,合金粉末平均粒度达到最大值36.4μm;继续球磨,粉末粒度逐渐减小且形状逐渐趋近于球状。球磨至50h后,粉末颗粒尺寸基本不再发生变化,为7.7μm,可以认为破碎作用和冷焊作用已经达到一个动态的平衡。2、XRD检测可知,合金粉末晶粒尺度随球磨时间的增加而减小,50h后减小到约7.2nm,达到平衡不再变化。通过背散射、XRD和EDS分析,表明在球磨50h时固溶完成,综上最佳球磨时间为50h。3、9Cr-ODS钢的微观结构中具有多种析出相:(1)基体上弥散分布的极高密度的纳米尺度析出相,为非化学计量比的富Y-Ti-O团簇,尺寸一般为几个纳米,密度为4.4×1022/m3。经过热处理后密度为4.0×1022/m3;经过1250℃/8h热处理后纳米团簇的尺寸、分布与热处理前即热等静压后的样品基本一致,表明纳米团簇非常稳定。(2)少量的Y2Ti2O7(面心立方,a0=1.009nm)析出相。(3)少量一种富CrMn氧化物析出相,可能为的bcc结构CrMn4、热等静压态样品平均显微硬度为389HV,热处理后为190HV。9Cr-ODS钢在室温及高温拉伸试验中表现出较高的强度,在室温、550℃和650℃高温抗拉强度分别为697MPa和386MPa。由9Cr-ODS钢的拉伸断口形貌分析,其断裂特征由室温时以脆性为主转变为高温时以韧性为主。
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