奥氏体不锈钢焊接接头辐照偏析和辐照硬化的研究
发布时间：2021-10-10 06:28
为探究奥氏体不锈钢焊接接头辐照后的晶界偏析和硬化规律,实验采用剂量为2×1017n/cm2、100 keV的He+对三组不同焊接参数的316L焊接接头进行辐照,并对其辐照前后的硬度、微观结构和晶界成分进行了表征。辐照后焊接接头的TEM结果表明出现了位错环、位错缠结、位错墙、位错胞和氦泡等辐照诱导的特征微结构,但其尺寸和密度与焊接参数并无明显的关联;晶界的EDS数据表明,辐照诱导的偏析会导致焊缝原本富Cr贫Ni的晶界出现富Ni贫Cr的现象;辐照前后的显微硬度数据表明,辐照后硬度的增量随着热输入增大而减小。因此,奥氏体不锈钢焊接接头辐照偏析和辐照后显微结构的变化与普通奥氏体不锈钢类似;晶粒尺寸随着焊接热输入减小而减小,而晶粒细化使晶粒内位错通道密度增大,辐照产生的高密度缺陷对位错滑移的阻碍作用就越明显,则辐照硬化增量会随着热输入的增大而减小。
【文章来源】：材料导报. 2020,34(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
(a)损伤量随深度的变化函数;(b)氦离子浓度随深度的变化函数
奥氏体不锈钢在He+的轰击下会产生大量空位和间隙原子。这些点缺陷会在辐照下迁移并聚集,形成一个类似于圆形的空位原子面或间隙原子面。γ相的(111)面为密排面,因此该空位原子面或间隙原子面会在(111)面上形成。这导致与间隙或空位原子面相邻的(111)面会向外或向内塌陷,形成位于(111)面上、柏氏矢量为±a/3[111]的层错位错环。间隙原子的流动性要远远大于空位原子,它们更容易迁移和聚集,因此尺寸较大的位错环大多为间隙原子环。图2为使用TEM拍摄的辐照后焊缝的位错环形貌图。图2a和b中箭头所指分别为2#样品和3#样品的位错环形貌,其形状类似于蝴蝶状。对比发现2#和3#样品经过辐照后形成的位错环尺寸没有明显差异,直径均在10 nm左右。因此,焊缝辐照后形成的位错环的尺寸与焊接热输入没有必然联系。相关研究表明位错环的尺寸主要与辐照剂量和辐照温度有关。位错环尺寸随着辐照剂量的升高而增大,当辐照剂量大于5 dpa后位错环尺寸趋于稳定[15],而位错环所能达到的最大尺寸取决于材料的化学成分和辐照温度[16-18]。缺陷的聚集和相互反应还会产生位错缠结、位错墙和位错胞等结构。从图3a可以看到焊接接头辐照后形成了位错缠结结构。位错缠结是位错线、位错环等缺陷纷乱缠结所形成的,这种结构对位错的滑移有很大的阻碍作用,严重影响材料的强度和塑性。图3b为暗场像,可以观察到位错缠结形成一个类似于墙的状态,通常将其称作位错墙。位错墙闭合形成了一个胞状区域,即位错胞,进而会形成亚晶界和亚晶。He+进入靶材后会作为间隙原子分布在材料内部,在辐照促进原子扩散的作用下迁移并聚集进而形成氦泡。从SRIM的模拟结果可知,在距离表面250～400 nm的区域He浓度最高,氦泡的密度也最高。但是此次辐照实验是在常温下进行的,低温限制了He的迁移和聚集,因此氦泡的尺寸范围较小。从图3c可以看出氦泡尺寸在0.5～1 nm左右。
缺陷的聚集和相互反应还会产生位错缠结、位错墙和位错胞等结构。从图3a可以看到焊接接头辐照后形成了位错缠结结构。位错缠结是位错线、位错环等缺陷纷乱缠结所形成的,这种结构对位错的滑移有很大的阻碍作用,严重影响材料的强度和塑性。图3b为暗场像,可以观察到位错缠结形成一个类似于墙的状态,通常将其称作位错墙。位错墙闭合形成了一个胞状区域,即位错胞,进而会形成亚晶界和亚晶。He+进入靶材后会作为间隙原子分布在材料内部,在辐照促进原子扩散的作用下迁移并聚集进而形成氦泡。从SRIM的模拟结果可知,在距离表面250～400 nm的区域He浓度最高,氦泡的密度也最高。但是此次辐照实验是在常温下进行的,低温限制了He的迁移和聚集,因此氦泡的尺寸范围较小。从图3c可以看出氦泡尺寸在0.5～1 nm左右。2.2 辐照偏析
【参考文献】：
期刊论文
[1]CFETR第一壁及赤道面外包层中子辐照损伤初步分析[J]. 石巍,曾勤,李卫,陈红丽. 核技术. 2016(12)
[2]堆芯结构材料辐照促进应力腐蚀开裂研究现状[J]. 邓平,孙晨,彭群家,韩恩厚,柯伟. 中国腐蚀与防护学报. 2015(06)
[3]几种典型材料中子辐照损伤模拟计算[J]. 廖哲,熊忠华,张鹏程,陈琦. 材料导报. 2011(S2)
[4]带电粒子在材料中的剂量深度分布计算[J]. 丁义刚,冯伟泉. 航天器环境工程. 2005(05)
[5]奥氏体不锈钢焊缝组织和偏析的电镜研究[J]. 潘春旭,朱凤艳,陈雁荡. 武汉水运工程学院学报. 1990(04)
本文编号：3427839
【文章来源】：材料导报. 2020,34(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
(a)损伤量随深度的变化函数;(b)氦离子浓度随深度的变化函数
奥氏体不锈钢在He+的轰击下会产生大量空位和间隙原子。这些点缺陷会在辐照下迁移并聚集,形成一个类似于圆形的空位原子面或间隙原子面。γ相的(111)面为密排面,因此该空位原子面或间隙原子面会在(111)面上形成。这导致与间隙或空位原子面相邻的(111)面会向外或向内塌陷,形成位于(111)面上、柏氏矢量为±a/3[111]的层错位错环。间隙原子的流动性要远远大于空位原子,它们更容易迁移和聚集,因此尺寸较大的位错环大多为间隙原子环。图2为使用TEM拍摄的辐照后焊缝的位错环形貌图。图2a和b中箭头所指分别为2#样品和3#样品的位错环形貌,其形状类似于蝴蝶状。对比发现2#和3#样品经过辐照后形成的位错环尺寸没有明显差异,直径均在10 nm左右。因此,焊缝辐照后形成的位错环的尺寸与焊接热输入没有必然联系。相关研究表明位错环的尺寸主要与辐照剂量和辐照温度有关。位错环尺寸随着辐照剂量的升高而增大,当辐照剂量大于5 dpa后位错环尺寸趋于稳定[15],而位错环所能达到的最大尺寸取决于材料的化学成分和辐照温度[16-18]。缺陷的聚集和相互反应还会产生位错缠结、位错墙和位错胞等结构。从图3a可以看到焊接接头辐照后形成了位错缠结结构。位错缠结是位错线、位错环等缺陷纷乱缠结所形成的,这种结构对位错的滑移有很大的阻碍作用,严重影响材料的强度和塑性。图3b为暗场像,可以观察到位错缠结形成一个类似于墙的状态,通常将其称作位错墙。位错墙闭合形成了一个胞状区域,即位错胞,进而会形成亚晶界和亚晶。He+进入靶材后会作为间隙原子分布在材料内部,在辐照促进原子扩散的作用下迁移并聚集进而形成氦泡。从SRIM的模拟结果可知,在距离表面250～400 nm的区域He浓度最高,氦泡的密度也最高。但是此次辐照实验是在常温下进行的,低温限制了He的迁移和聚集,因此氦泡的尺寸范围较小。从图3c可以看出氦泡尺寸在0.5～1 nm左右。
缺陷的聚集和相互反应还会产生位错缠结、位错墙和位错胞等结构。从图3a可以看到焊接接头辐照后形成了位错缠结结构。位错缠结是位错线、位错环等缺陷纷乱缠结所形成的,这种结构对位错的滑移有很大的阻碍作用,严重影响材料的强度和塑性。图3b为暗场像,可以观察到位错缠结形成一个类似于墙的状态,通常将其称作位错墙。位错墙闭合形成了一个胞状区域,即位错胞,进而会形成亚晶界和亚晶。He+进入靶材后会作为间隙原子分布在材料内部,在辐照促进原子扩散的作用下迁移并聚集进而形成氦泡。从SRIM的模拟结果可知,在距离表面250～400 nm的区域He浓度最高,氦泡的密度也最高。但是此次辐照实验是在常温下进行的,低温限制了He的迁移和聚集,因此氦泡的尺寸范围较小。从图3c可以看出氦泡尺寸在0.5～1 nm左右。2.2 辐照偏析
【参考文献】：
期刊论文
[1]CFETR第一壁及赤道面外包层中子辐照损伤初步分析[J]. 石巍,曾勤,李卫,陈红丽. 核技术. 2016(12)
[2]堆芯结构材料辐照促进应力腐蚀开裂研究现状[J]. 邓平,孙晨,彭群家,韩恩厚,柯伟. 中国腐蚀与防护学报. 2015(06)
[3]几种典型材料中子辐照损伤模拟计算[J]. 廖哲,熊忠华,张鹏程,陈琦. 材料导报. 2011(S2)
[4]带电粒子在材料中的剂量深度分布计算[J]. 丁义刚,冯伟泉. 航天器环境工程. 2005(05)
[5]奥氏体不锈钢焊缝组织和偏析的电镜研究[J]. 潘春旭,朱凤艳,陈雁荡. 武汉水运工程学院学报. 1990(04)
本文编号：3427839
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