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Ti和Zr的添加对9Cr--ODS钢微观结构和力学性能的影响

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摘要

1.1核电发展及核聚变

1.1.1核电发展

1.1.2核聚变

1.2核聚变第一壁结构材料

1.2.1低活化铁素体/马氏体钢(RAFM)

1.2.2氧化物弥散强化低活铁素体/马氏体钢(ODS RAFM)

1.3纳米结构ODS钢的强化机理

1.3.1固溶强化

1.3.2细晶强化

1.3.3弥散强化

1.4纳米结构ODS钢合金成分的设计及制备

1.4.1 ODS钢合金成分的设计

1.4.2纳米结构ODS钢的制备

1.5纳米结构ODS钢待解决的关键问题

1.6本文研究内容

第2章实验方法

2.1实验材料

2.2纳米结构9Cr-ODS钢的制备工艺

2.2.1机械合金化

2.2.2热等静压

2.3 9Cr-ODS钢微观结构的表征

2.3.1透射电子显微镜分析

2.3.2背散射电子衍射分析

2.4材料性能测试

2.4.1密度测试

2.4.2硬度测试

2.4.3拉伸测试

第3章纳米结构9Cr-ODS钢的微观结构

3.1引言

3.2晶粒尺寸及分布的对比分析

3.3不同成分的纳米结构9Cr-ODS钢的析出相

3.3.1 9Cr-Y2O3 ODS钢中的析出相

3.3.2 9Cr-Zr ODS钢中的析出相

3.3.3 9Cr-Ti ODS钢中的析出相

3.3.4 9Cr-Ti-Zr ODS钢中的析出相

3.4成分对纳米结构9Cr-ODS钢中析出相的影响

3.5本章小结

第4章纳米结构9Cr-ODS钢的力学性能

4.1引言

4.2致密度

4.3硬度

4.4拉伸性能

4.4.1抗拉强度与总伸长率

4.4.2断口形貌分析

4.5本章小结

第5章结论

参考文献

致谢

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摘要

纳米结构ODS钢因其特征性的微观结构-超高密度弥散分布的纳米析出相和亚微米级的晶粒尺寸,使其具有优异的抗辐照及抗氦脆性能和良好的高温强度,被认为是核聚变反应堆第一壁/包层最具应用前景的结构材料。纳米结构ODS钢现处于研发阶段,对于性能至关重要的微观结构特别是纳米析出相的控制等问题制约了纳米结构ODS钢进一步的发展及性能的优化,仍有待深入研究。本文采用机械合金化和热等静压制备工艺,通过调整ODS钢中添加的合金元素制备出四种9Cr-ODS钢(9Cr-Y2O3、9Cr-Zr、9Cr-Ti、9Cr-Ti-Zr)。采用SEM、EBSD、TEM、HRTEM等检测方法对ODS钢进行微观结构的表征,主要包括晶粒尺寸与纳米析出相的形貌、种类、密度、尺寸,并对9Cr-ODS钢的力学性能进行测试。通过对添加不同Ti/Zr元素的9Cr-ODS钢的晶粒尺寸与析出相的种类、密度、尺寸等微观结构和力学性能进行分析,获得主要结果如下: (1)Ti/Zr添加对9Cr-ODS钢的致密度没有显著影响,实际密度均达到理论密度的98%以上。 (2)9Cr-Ti-Zr ODS钢的平均晶粒尺寸最小(0.57μm),次之为9Cr-Ti ODS钢(0.68μm),9Cr-Zr ODS钢(0.81μm),9Cr-Y2O3ODS钢的平均晶粒尺寸最大(1.21μm),说明添加Ti、Zr元素均有细化晶粒作用,同时添加Ti和Zr晶粒细化效果最明显。 (3)Ti/Zr添加对9Cr-ODS钢纳米析出相的种类、尺寸及密度均产生显著影响。9Cr-Y2O3ODS钢中的析出相平均尺寸最大(4.75nm),密度最小(6.2×1022个/m3),而9Cr-Ti-Zr ODS钢中纳米析出相平均尺寸最小(3.09nm),密度最大(1.2×1023个/m3),说明Ti和Zr同时添加对纳米析出相的细化作用最显著。 (4)9Cr-ODS钢的抗拉强度均随温度的升高而降低,其中9Cr-Ti-Zr ODS钢在不同温度下的抗拉强度最高,9Cr-Ti ODS钢次之,9Cr-Y2O3ODS钢最低。总的延伸率随温度的升高先增大后减小,600℃达到峰值。断裂机制由室温下韧脆混合断裂转变为高温下的韧性断裂。

著录项

  • 作者

    冯丹竹;

  • 作者单位

    东北大学;

  • 授予单位 东北大学;
  • 学科 材料学
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 吕铮;
  • 年度 2015
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    微观结构; 力学性能;

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