14Cr氧化物彌散強(qiáng)化鐵素體鋼的制備與組織性能研究.pdf

1、本文以聚變堆第一壁/包層的領(lǐng)先候選材料-納米結(jié)構(gòu)氧化物彌散強(qiáng)化(Oxidedispersion strengthened-ODS)鐵素體鋼為研究對象，采用機(jī)械合金化法制備Fe-14Cr-2W-0.3Ti-0.3Y2O3(wt％)過飽和合金粉末，利用SEM、EDS、XRD、激光粒度分析儀等測試分析手段，研究了機(jī)械合金化過程對合金粉末特性的影響;通過熱等靜壓對機(jī)械合金化合金粉末進(jìn)行固化成型，獲得具有極高密度納米彌散強(qiáng)化相的14Cr-ODS鐵

2、素體鋼，利用TEM對ODS鋼的顯微組織、析出物形貌和成分進(jìn)行分析，測定熱等靜壓后樣品的力學(xué)性能。得到的結(jié)論如下:
　　(1)固定轉(zhuǎn)速230rpm，球料比10∶1，機(jī)械合金化2h后，合金粉末已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重冷焊現(xiàn)象，合金粉末的平均粒度達(dá)到最大值為47.74μm。在機(jī)械合金化時(shí)間超過12h，合金粉末的平均粒徑開始迅速下降，合金粉末平均粒度分布曲線主峰逐漸向左偏移，合金粉末不斷細(xì)化。從40h～70h，合金粉末形貌多呈等軸球狀、均勻分布，逐漸

3、細(xì)化達(dá)到了平衡狀態(tài)，70h合金粉末粒度達(dá)到最小值12.21μm。
　　(2)隨著機(jī)械合金化時(shí)間的不斷增加，W、Ti等合金元素逐漸固溶到鐵基體中，合金粉末的晶粒尺寸不斷減小，晶格畸變不斷增加。機(jī)械合金化時(shí)間從0.05h～20h時(shí)，粉末晶粒度隨著球磨時(shí)間的增加迅速減小至10.3 nm。時(shí)間繼續(xù)延長，粉末的晶粒度和晶格畸變趨于穩(wěn)定。機(jī)械合金化70h，W、Ti等合金元素已固溶入基體中并達(dá)到過飽和狀態(tài)，粉末完成了機(jī)械合金化過程，粉末內(nèi)部的成

4、分分布均勻，超過80h粉末平均粒徑增加粉末發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象。綜上最優(yōu)的球磨時(shí)間為70h。
　　(3)通過熱等靜壓方法固化成型的14Cr-ODS鐵素體鋼的致密度達(dá)到99.6％，與理論密度相當(dāng)。
　　(4)14Cr-ODS鐵素體鋼特征性的微觀結(jié)構(gòu)包括:極高密度的納米尺度析出相，高密度的位錯(cuò)和尺寸從幾百個(gè)納米到幾個(gè)微米的晶粒。其中納米析出相有:①基體上大量彌散分布的細(xì)小非化學(xué)計(jì)量比的富Y-Ti-O團(tuán)簇，尺寸一般為幾個(gè)納米，密度1.87

5、5×1024個(gè)/m3.經(jīng)過熱處理后密度為1.7×1024個(gè)/m3;②少量的Y2Ti2O7(面心立方，a0=1.009nm)析出相，熱處理后密度為3.2×1020個(gè)/m3;③一種富鉻、鈦、釔的混合未知相，鉻和鈦的原子比近似2∶1，結(jié)構(gòu)有待進(jìn)一步研究。經(jīng)過1250℃/8h熱處理后納米團(tuán)簇非常穩(wěn)定，尺寸、分布與熱等靜壓后的樣品基本一致;Y2Ti2O7熱等靜壓后分布均勻，熱處理后彌散分布在晶粒上。
　　(5)14Cr-ODS鐵素體鋼在室溫