钇、锆添加对V-4Cr-4Ti合金微观组织结构及力学性能的影响

发布时间：2020-11-03 04:14

　　 V-4Cr-4Ti合金具有低活化特性、韧脆转变温度低以及抗辐照肿胀性能好等优点,受到广泛关注,有望作为第四代裂变反应推和先进聚变堆的结构材料使用。以往的研究表明其在制备过程中容易产生分布不均的富钛沉淀相及由此产生大小不均的晶粒,且其在高温下的力学性能及抗氧脆能力有待提高。为解决上述问题并优化其力学性能,本论文以V-4Cr-4Ti-xY-yZr合金体系为研究对象,系统研究了 Y、Zr添加对V-4Cr-4Ti合金微观组织结构及力学性能的影响,特别是揭示了富钇和富锆沉淀相的析出机制,设计了合理的热处理工艺在合金中大幅减少了非均匀分布的晶内Ti(C,N,O)沉淀相和晶界V(C,N,O)化合物的析出,在晶内形成了分布相对均匀的钇氧化物和锆氧化物沉淀相。得到的主要结论如下:(1)研究了不同组成合金的沉淀行为并揭示了沉淀相的析出机制。添钇大幅减少非均匀分布的晶内Ti(C,N,O)沉淀相和晶界V(C,N,O)化合物的析出;添钇形成的新沉淀相包括微米级钇氧化物夹杂和尺度小于200nm的富钇沉淀相,前者形成于熔炼过程,后者在较高温度下(1000℃C)由固溶Y和固溶O反应得到,形成于热机械处理过程和退火过程。(2)添锆能抑制 Ti(C,N,O)和 V(C,N,O)的析出,在 V-4Cr-4Ti-xZr(x=0.2,0.4,0.6)合金中观察到较大和较小尺寸的锆氧化物相,前者的体积分数随Zr添加量增加而增加,后者的体积分数随锆含量的增加呈先增后减的趋势,其由较高温度下固溶Zr和固溶O反应得到;在V-4Cr-4Ti-0.3Y-xZr(x=0.2,0.4,0.6)合金中,观察到锆氧化物、钇氧化物和钇锆共生氧化物相,钇锆共生氧化物的量随Zr/Y的增加而增加。(3)探讨了沉淀行为的变化对晶粒大小的影响。熔炼过程中,钇添加形成的钇氧化物夹杂能细化铸态晶粒,而锆添加只形成微量的锆氧化物相且对铸锭晶粒无细化作用;非均匀分布的Ti(C,N,O)的大幅减少在很大程度上提高了再结晶晶粒的均匀性;较高温度下(1000℃C)析出的富钇沉淀相或富锆沉淀相均能抑制合金晶粒在较高温度下的异常长大行为。(4)提出微区沉淀分布对微区织构演化行为有重要影响。轧态V-4Cr-4Ti合金片宏观形变织构为α-纤维织构和γ-纤维织构,退火后的再结晶织构中α-纤维织构明显减少而γ-纤维织构无明显变化;轧态V-4Cr-4Ti合金片的微区形变织构和富钛沉淀相的分布极不均匀,富钛沉淀相的体积分数大小严重影响微区再结晶织构的演化行为。轧态V-4Cr-4Ti-0.3Y合金片的宏观形变织构和V-4Cr-4Ti类似,微区形变织构与再结晶织构分布都比较均匀,这主要源于非均匀分布富钛沉淀相的减少。(5)阐明了 Y、Zr添加与合金力学性能及断裂模式的内在联系。Y、Zr添加均有利于抑制动态应变时效效应;Y添加对V-4Cr-4Ti合金的室温及高温拉伸强度影响不大,Y添加量较小时强度值还有所下降,这与固溶C、N、O杂质含量及Ti(C,N,O)沉淀相的减少有关,当Y含量增加至0.3wt.%时,强度值有所回升,这与合金中细小富钇沉淀相的含量相对较高有关。拉伸强度(包括室温和高温)大小顺序:V-4Cr-4Ti-0.3YV-4Cr-4Ti-0.3Y-xZr(x=0.2,0.4)V-4Cr-4Ti-xZr(x=0.2,0.4),单独添锆有助于提升合金的拉伸强度,尤其是V-4Cr-4Ti-0.4Zr合金,这主要与数密度较高的纳米锆氧化物沉淀相的析出有关。所有合金试样的拉伸强度均随测试温度的升高而降低,且温度越高氧脆现象越明显,Y和Zr的单独添加及共添加均能缓解高温下的氧脆现象,单独添加Zr的效果最佳。
【学位单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TL627
【部分图文】：

低活化铁素体冯氏体钥的放射性剂盆率随衰变时间的变化愉祝Pel

夏氏冲击试样的吸收能随侧试沮度的变化愉况ps,gay

行为对钒合金的机械性能和抗辐照性能具有重要影响，因此该项研宄得到了广泛关注，??也获得了较为一致的结论。Ｎ．Ｊ．?Ｈｅｏ［５３’５４￥ｎ?Ｔ．?Ｍｕｒｏｇａ等［１３］研宄了?Ｖ－４Ｃｒ－４Ｔｉ合金在退火??条件下沉淀相的溶解和析出行为。表明存在较大的块状沉淀相和较小的沉淀相，如图１．６??（ａ）所示，前者在最初的制备过程中形成，主要由Ｔｉ、Ｃ、Ｎ、０组成，当温度高于１１００°Ｃ??时，仍稳定存在，其ＳＥＭ形貌如图如图１．６?（ｂ）所示。电子衍射分析［５５］表明该沉淀相??为ｆｅｅ结构，为ＮａＣｌ结构，且该结构中的金属元素只被钛原子占据。后者由Ｔｉ、０、Ｃ??组成，尺度在纳米级，在７００°Ｃ形成，在１０００－１１００°Ｃ消失，同时在晶界发现新的沉淀??相，由Ｖ和Ｃ组成，较大和较小的富钛沉淀相，如图１．６?（ｃ）所示。最近Ａ．?Ｉｍｐａｇｎａｔｉｅｌｌｏ??等［５６，?５７］的研究认为在Ｖ－４Ｔｉ和Ｖ－４Ｃｒ－４Ｔｉ合金中当在４５０－６００°Ｃ范围内退火时会形成纳米??级别的ＴｉＯ沉淀相，他们对这种纳米级ＴｉＯ沉淀相与钒基体的界面特征进行了表征。??较大的块状富钛沉淀相的分布严重影响再结晶晶粒尺寸分布的均匀性
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 李增德;林晨光;崔舜;;V-5Cr-5Ti合金铸态组织中的第二相行为研究[J];稀有金属材料与工程;2017年01期

2 李鱼飞;王震宏;周运洪;罗超;赖新春;;热压缩条件下V-5Cr-5Ti合金的热激活参数（英文）[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2015年08期

3 李鱼飞;王震宏;张林英;罗超;赖新春;;热压缩V-5Cr-5Ti合金的Arrhenius本构方程和动态再结晶行为（英文）[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2015年06期

4 李增德;林晨光;崔舜;;V-5Cr-5Ti合金的热变形行为及加工图[J];稀有金属;2015年03期

5 程亮;李强;董鲜峰;李启寿;彭丽霞;;稀土元素钇对粉末冶金制备V-5Cr-5Ti合金微观组织的影响[J];粉末冶金材料科学与工程;2015年01期

6 林波;杨维才;曾大鹏;董鲜峰;单东伟;迟永刚;刘梅;张全孝;贾万明;;V-5Cr-5Ti合金粉末热锻技术研究[J];稀有金属材料与工程;2014年04期

7 伍聪;李晨辉;郑鹏飞;付海英;谌继明;;MA-SPS-HIP技术制备钒合金的工艺探索[J];稀有金属材料与工程;2014年03期

8 王志钢;李鱼飞;王震宏;龙波;张新建;罗超;;V-5Cr-5Ti合金电弧熔炼制备技术[J];特种铸造及有色合金;2011年05期

9 胡文军;张方举;梅军;潘晓霞;陈勇梅;;V-5Cr-5Ti合金准静态和高应变率拉伸力学行为[J];功能材料;2010年S3期

10 李明;周张健;廖璐;许迎利;葛昌纯;;ODS铁素体钢中弥散氧化物的研究进展[J];材料导报;2010年15期

相关博士学位论文 前4条

1 李鱼飞;V-5Cr-5Ti合金的热压缩动态再结晶行为[D];中国工程物理研究院;2015年

2 李婷;EW75合金的组织结构及在制备加工中的演化[D];北京有色金属研究总院;2013年

3 刘锋;氧化物弥散强化铁基高温合金的制备及强化机理研究[D];中南大学;2012年

4 夏志新;低活化钢中析出型相变及其对力学性能的影响[D];清华大学;2011年

相关硕士学位论文 前2条

1 闫洪霞;基于位错物理的金属塑性变形本构关系的研究[D];浙江大学;2011年

2 李鱼飞;V-4Cr-4Ti合金的制备及组织结构研究[D];中国工程物理研究院;2008年

本文编号：2868077