AL6XN超級奧氏體不銹鋼疲勞損傷行為與取向關(guān)系.pdf

1、超臨界水冷堆(SCWR)運行在水的熱力學(xué)臨界點以上(372℃，22.1MPa)以上，是第四代核電系統(tǒng)中唯一使用輕水冷卻的堆型。該堆型具有熱效率高、系統(tǒng)簡化、機組可持續(xù)性強、燃料利用率高等諸多突出特點，是適合大型發(fā)電的主要堆型。由于超臨界水腐蝕性極強，反應(yīng)堆又工作在500℃以上高溫高壓條件下，因此對材料的高溫耐蝕性能、抗蠕變、抗疲勞性能提出極高要求。迄今，超臨界水堆中材料選用仍然是超臨界水堆研發(fā)過程中的一個主要問題。
　　當(dāng)前對實用

2、核材料的研究尤其是疲勞性能方面的研究，大部分僅限于某些特定材料在特定條件下的性能及變形機制，對跨尺度變形機制的研究不細(xì)致不系統(tǒng)，對材料各向異性與疲勞行為的關(guān)系研究也僅限于某些特定的單晶材料，在向?qū)嶋H多晶材料推廣的過程中遇到了極大困難。為了解決這一問題，為材料跨尺度疲勞研究提供基礎(chǔ)的實驗數(shù)據(jù)，本次研究選取SCWR候選材料中具有很強代表性的AL6XN超級奧氏體不銹鋼作為研究對象，利用原位中子衍射和EBSD、TEM準(zhǔn)原位觀察，結(jié)合材料宏觀疲勞

3、試驗對材料疲勞變形行為與取向關(guān)系進行了探究。
　　AL6XN不銹鋼在常規(guī)宏觀疲勞試驗中總應(yīng)變幅為±0.3％樣品壽命約為38000周，總應(yīng)變幅為±0.8％樣品壽命約為2100周，疲勞過程中兩組樣品分別表現(xiàn)出循環(huán)軟化和先硬化再軟化的現(xiàn)象，同時塑性變幅的變化與應(yīng)力相反。材料中的這種循環(huán)應(yīng)力響應(yīng)行為，在低應(yīng)力狀態(tài)下可以用Cottrell理論和背應(yīng)力理論進行解釋，這種現(xiàn)象是由材料的不協(xié)調(diào)變形引起的;在高應(yīng)力狀態(tài)下則與材料內(nèi)部位錯結(jié)構(gòu)的劇烈轉(zhuǎn)

4、變有關(guān)。
　　TEM觀察發(fā)現(xiàn)AL6XN在不同的應(yīng)力狀態(tài)下的位錯結(jié)構(gòu)和變形方式密切相關(guān)。在低應(yīng)力狀態(tài)下位錯密度較低，材料中存在的主要是初級位錯陣列和簡單位錯墻，變形方式是典型的平面滑移;在高應(yīng)力狀態(tài)下位錯密度則非常高，材料中存在的主要是具有波狀滑移特點的位錯網(wǎng)、PSB、脈絡(luò)以及位錯胞等復(fù)雜位錯結(jié)構(gòu)，疲勞過程存在變形機制的轉(zhuǎn)變過程。從位錯結(jié)構(gòu)分布來看，材料的變形損傷具有取向依賴性，但兩種不同的應(yīng)力狀態(tài)下表現(xiàn)形式和尺度可能不同。

5、　　在對樣品進行的同應(yīng)變幅原位中子衍射疲勞試驗中發(fā)現(xiàn)材料表現(xiàn)出了與宏觀疲勞試驗相同的循環(huán)應(yīng)力響應(yīng)。在對不同面族（法向）彈性微應(yīng)變進行觀察統(tǒng)計時發(fā)現(xiàn)疲勞過程中材料的變形行為具有極強的取向依賴性:[101]和[111]取向附近晶粒在疲勞過程中分別主要提供壓向和拉向塑性變形損傷;[101]具有更強的彈性應(yīng)變響應(yīng)能力因而[111]取向更易損傷;[001]取向附近則主要表現(xiàn)為彈性形變。
　　EBSD分析發(fā)現(xiàn)，AL6XN鋼中的晶界在變形過程中