高能重离子辐照的ODS钢断裂韧性的研究
发布时间：2021-10-16 07:06
能源与环境问题是当代社会面临的重大问题,以第四代裂变堆,聚变堆为代表的先进核能有望为社会提供长期的清洁能源。核技术的成功应用有赖于反应堆内材料的抗辐照能力,比如聚变堆结构材料要经受高温下高能中子和He离子的辐照引起材料的损伤,因此研发耐高温、抗辐照的结构材料是成功建造先进核反应堆的关键。氧化物弥散强化铁素体钢（Oxide-dispersion-strengthened ferritic steel,即ODS铁素体钢）是通过机械冶金和热压工艺,在铁基合金基体中掺杂纳米级别的氧化物颗粒而制备的铁基复合材料,相比传统的铁素体钢具有耐高温、抗辐照的优点,但是高能中子辐照导致材料的脆化问题仍亟待解决。利用高能重离子开展ODS钢的辐照损伤研究,与中子相比在较短的时间内,达到较高的原子离位损伤水平,便于模拟聚变堆内部服役过程的辐照损伤。由于高能重离子加速器和在建的强流中子源的高通量辐照空间极其有限,所以需要借助小样品技术来研究材料在辐照前后力学性能的变化。本论文结合小冲杆试验（Small-punch test）和断裂面的形貌分析,来研究ODS钢在重离子辐照前后断裂韧性的变化。主要的研究内容如下:（1...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)甘肃省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ITER装置示意图
层等也需要经受高达 600oC 的高温。出于耐高温、低活化等因素的考虑，钒合金、低活化钢（RAFMS）、碳化硅复合材料、钨成为聚变堆主要的候选结构材料。由于良好的抗辐照性能和高温力学性能，低活化钢成为包层材料的首选。氧化物弥散强化铁素体钢（ODS ferritic steel）是目前受关注的聚变堆结构材料之一，是通过机械冶金和热压工艺在铁基合金基体中掺杂纳米尺寸的氧化物，一般是含 Y 氧化物，极高密度的纳米富 Y-Ti-O 吸出相和位错使 He 以纳米尺寸的微小氦泡的形式弥散在材料内部，避免了在晶界处形成大的氦泡，显著改善材料的抗辐照性能，增加材料的高温强度，很大的希望被用作聚变堆的氚增殖包层材料和第四代裂变堆的燃料包壳材料。如图 1.3（a）和（b）所示分别为经过 122 MeV 的 Ne 离子辐照的 ODS 钢和传统铁素体钢的显微结构，可以看出 ODS 钢晶界处空洞生长较慢,表现出较好的抗辐照性能[10]。
化料的断裂形式与温度有密切的关系，低温一般是脆性断裂其他的金属随着温度下降，可能在某一特定温度附近发生的突然变化，也就是低于该温度，金属的面缩率、延伸率，这个转变温度通常称为韧脆转变温度（DBTT）。韧脆转重要的意义。若材料的实际使用温度比材料的韧脆转变温生脆性断裂。脆性断裂一般在很短的时间发生，而且常常.1 所示，钢铁材料在高能中子辐照以后，材料的韧脆转变分明显，表明材料经过辐照后出现了脆化，这就是所谓 embrittlement）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]用小冲杆试验法测试18Cr-ODS铁素体钢的力学性能[J]. 钱昕,陆道纲,马雁. 核动力工程. 2011(S1)
[2]在役设备材料断裂力学参数测定方法综述——小冲杆实验力学研究进展之二[J]. 丁克勤,吴永礼. 实验力学. 2009(06)
[3]压杆法研究厚度对小圆片试样断裂韧性的影响[J]. 王兆希,施惠基,薛飞,屈宝平,窦宝峰. 工程力学. 2009(07)
[4]小冲杆试验技术研究现状与展望[J]. 丁克勤,李英治. 力学进展. 2009(03)
[5]一种低活化铁素体/马氏体钢的高能重离子辐照效应研究[J]. 张崇宏,杨义涛,宋银,J.S.Jang,孙友梅,金运范,李炳生. 原子核物理评论. 2009(01)
[6]小冲杆测试材料屈服载荷的有限元分析[J]. 关凯书,黄弈昶,李璞. 塑性工程学报. 2007(06)
[7]利用高能离子模拟研究反应堆结构材料中的辐照效应[J]. 王志光. 原子核物理评论. 2006(02)
[8]聚变堆第一壁辐照效应研究[J]. 冯开明. 核科学与工程. 1991(04)
本文编号：3439382
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)甘肃省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ITER装置示意图
层等也需要经受高达 600oC 的高温。出于耐高温、低活化等因素的考虑，钒合金、低活化钢（RAFMS）、碳化硅复合材料、钨成为聚变堆主要的候选结构材料。由于良好的抗辐照性能和高温力学性能，低活化钢成为包层材料的首选。氧化物弥散强化铁素体钢（ODS ferritic steel）是目前受关注的聚变堆结构材料之一，是通过机械冶金和热压工艺在铁基合金基体中掺杂纳米尺寸的氧化物，一般是含 Y 氧化物，极高密度的纳米富 Y-Ti-O 吸出相和位错使 He 以纳米尺寸的微小氦泡的形式弥散在材料内部，避免了在晶界处形成大的氦泡，显著改善材料的抗辐照性能，增加材料的高温强度，很大的希望被用作聚变堆的氚增殖包层材料和第四代裂变堆的燃料包壳材料。如图 1.3（a）和（b）所示分别为经过 122 MeV 的 Ne 离子辐照的 ODS 钢和传统铁素体钢的显微结构，可以看出 ODS 钢晶界处空洞生长较慢,表现出较好的抗辐照性能[10]。
化料的断裂形式与温度有密切的关系，低温一般是脆性断裂其他的金属随着温度下降，可能在某一特定温度附近发生的突然变化，也就是低于该温度，金属的面缩率、延伸率，这个转变温度通常称为韧脆转变温度（DBTT）。韧脆转重要的意义。若材料的实际使用温度比材料的韧脆转变温生脆性断裂。脆性断裂一般在很短的时间发生，而且常常.1 所示，钢铁材料在高能中子辐照以后，材料的韧脆转变分明显，表明材料经过辐照后出现了脆化，这就是所谓 embrittlement）。
【参考文献】：
期刊论文
[1]用小冲杆试验法测试18Cr-ODS铁素体钢的力学性能[J]. 钱昕,陆道纲,马雁. 核动力工程. 2011(S1)
[2]在役设备材料断裂力学参数测定方法综述——小冲杆实验力学研究进展之二[J]. 丁克勤,吴永礼. 实验力学. 2009(06)
[3]压杆法研究厚度对小圆片试样断裂韧性的影响[J]. 王兆希,施惠基,薛飞,屈宝平,窦宝峰. 工程力学. 2009(07)
[4]小冲杆试验技术研究现状与展望[J]. 丁克勤,李英治. 力学进展. 2009(03)
[5]一种低活化铁素体/马氏体钢的高能重离子辐照效应研究[J]. 张崇宏,杨义涛,宋银,J.S.Jang,孙友梅,金运范,李炳生. 原子核物理评论. 2009(01)
[6]小冲杆测试材料屈服载荷的有限元分析[J]. 关凯书,黄弈昶,李璞. 塑性工程学报. 2007(06)
[7]利用高能离子模拟研究反应堆结构材料中的辐照效应[J]. 王志光. 原子核物理评论. 2006(02)
[8]聚变堆第一壁辐照效应研究[J]. 冯开明. 核科学与工程. 1991(04)
本文编号：3439382
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