氧化物弥散强化铁素体合金制备及性能研究

发布时间：2019-09-16 20:04

【摘要】：氧化物弥散强化(ODS)铁素体合金由于期优异的高温力学性能和良好的抗辐照能力被公认为是国际第四代反应堆-超临界水堆(SCWR)燃料包壳管候选材料之一。本课题通过机械合金化(MA)和放电等离子烧结(SPS)法制备出了性能优异的ODS铁素体合金,对其强化机理进行了深入的分析,为其生产工艺优化和未来在实际生产中的应用奠定理论基础。本文根据ODS合金的工况条件,对合金成分进行了优化设计,制备出成分符合设计要求(Fe-12.5Cr-2.5W-0.4Ti-0.02V)的合金粉末；采用预分散工艺向不同粒径合金粉末搭配的合金粉中添加Y203,使Y203颗粒均匀地包覆在12Cr合金粉末表面,使其在MA和SPS的过程中实现尽可能的分散,得到较好的弥散强化效果。通过优化的工艺,制备出了致密性好、成分均匀、性能优异的12Cr-ODS合金。 SPS烧结过程可以看作是颗粒放电、导电加热和加压综合作用的结果。其烧结过程中通过脉冲电流激发产生了三种效应：放电等离子体、焦耳热、电场扩散,这三种效应连同轴向压力共同作用形成了一个多场作用机制,本文以以12Cr-ODS合金为研究对象,研究SPS烧结过程中的多场效应作用下的致密化机制,探索等离子体的产生过程及其对烧结过程的影响规律。采用热模拟实验(Gleeble)研究12Cr-ODS铁素体合金在温度为1100～1200℃,应变速率为10-1/s～103/s时的热变形行为。通过显微组织分析和电子背散射衍射实验研究了合金在热变形下的组织转变和第二相粒子的迁移方式,得到了相应的转变与迁移规律；通过真应力-应变曲线分析发现合金呈现典型的动态回复特征。不同种类、不同尺寸的弥散相颗粒在基体内部有序分布,是弥散强化的关键所在。对合金中第二相颗粒的种类和形成的过程进行详细的观察和分析,确定了经过MA和SPS制备的12Cr-ODS合金中不同弥散相的构成,并研究了不同种类的弥散相颗粒的形成机理。通过预混合工艺同时向12Cr-ODS合金中添加Fe-Al金属间化合物粉末和Y203颗粒,制备出了组织均匀、性能优异的新型12Cr-ODS铁素体合金。与只添加Y203颗粒或者Fe-Al合金颗粒的ODS合金相比,同时添加两种粒子的ODS合金表现出了协同强化的效果,并表现出了优异的抗氧化性能,这得益于表面生成了均匀致密的A1203和Cr-O氧化膜,有效地保护了基体组织。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG141

【参考文献】