AL6XN超級(jí)奧氏鋼的動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效、低周疲勞及蠕變行為.pdf

1、超臨界水冷堆的燃料包殼材料需要在高溫下(500～650℃)仍然具有較高的韌性、強(qiáng)度，優(yōu)良的抗高溫蠕變、抗疲勞性能以及良好的抗腐蝕、抗輻照能力。具有高強(qiáng)度、高韌性、優(yōu)良的抗腐蝕和抗氧化性能的AL6XN超級(jí)奧氏體鋼作為燃料包殼的候選材料，但目前對(duì)該奧氏體鋼的高溫力學(xué)行為研究不多。全文以AL6XN超級(jí)奧氏體鋼為研究對(duì)象，在超臨界水冷堆的溫度工況條件下，進(jìn)行高溫拉伸的應(yīng)變時(shí)效、高溫低周疲勞、高溫蝙變及時(shí)效后的沖擊試驗(yàn)，圍繞材料高溫力學(xué)行為進(jìn)行研

2、究，并采用掃描電子顯微鏡及透射電子顯微鏡對(duì)其形變前后的材料微結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析，討論材料微結(jié)構(gòu)與高溫力學(xué)行為的關(guān)系。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：AL6XN奧氏體鋼在高溫(500～700℃)拉伸及高溫(300及600℃)低周疲勞試驗(yàn)過(guò)程中均表現(xiàn)出一系列特定的力學(xué)行為。拉伸以及低周疲勞的應(yīng)力-應(yīng)變曲線均呈現(xiàn)明顯的上下波動(dòng)鋸齒型，應(yīng)力在應(yīng)變速率升高的過(guò)程中反而降低，即出現(xiàn)負(fù)的應(yīng)變速率敏感性。以上宏觀現(xiàn)象均表明AL6XN奧氏體鋼在高溫拉伸及疲勞

3、試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)明顯的動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效(DSA)效應(yīng)。由于受到DSA的影響拉伸曲線的屈服強(qiáng)度隨溫度升高而表現(xiàn)出平臺(tái)趨勢(shì)，以及疲勞應(yīng)力出現(xiàn)明顯的初始硬化現(xiàn)象。透射電鏡觀察表明：AL6XN奧氏體鋼出現(xiàn)DSA效應(yīng)時(shí)，位錯(cuò)沿滑移面呈平行隊(duì)列排布。主要的原因是由于在高溫變形過(guò)程中溶質(zhì)原子團(tuán)向位錯(cuò)線擴(kuò)散、團(tuán)聚并對(duì)可動(dòng)位錯(cuò)產(chǎn)生釘扎或拖拽作用，導(dǎo)致位錯(cuò)難以改變滑移面進(jìn)行交滑移，更傾向于沿一個(gè)滑移面運(yùn)動(dòng)形成位錯(cuò)隊(duì)列。因此亞結(jié)構(gòu)分析得到由于受到溶質(zhì)原子團(tuán)的釘扎或

4、拖拽，位錯(cuò)可動(dòng)性降低，拉伸過(guò)程中出現(xiàn)屈服強(qiáng)度隨溫度升高而保持穩(wěn)定以及在高溫低周疲勞試驗(yàn)中出現(xiàn)初始循環(huán)硬化現(xiàn)象。依據(jù)應(yīng)力指數(shù)（m+β）、激活能(Q)與臨界應(yīng)變量（εc）的關(guān)系，在500～650℃溫度范圍內(nèi)推導(dǎo)出應(yīng)力指數(shù)及激活能分別為2.4及304 kJ/mol，其值較高?？梢酝茢喑鲈贏L6XN奧氏體鋼中對(duì)位錯(cuò)產(chǎn)生交互作用的溶質(zhì)原子類型主要為Cr、Mo等置換原子。
　　 AL6XN奧氏體鋼在120～260 MPa的應(yīng)力及600-75

5、0℃下進(jìn)行蠕變?cè)囼?yàn)，結(jié)果表明：該奧氏體鋼具有較低的蠕變速率(10-1l～10-7 S-1)以及較高的蠕變指數(shù)(n-5)和蠕變激活能(Q=395.4 kJ/mol)，符合冪指數(shù)流變方程失效機(jī)制，根據(jù)以上結(jié)果推斷溶質(zhì)原子對(duì)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生交互作用。透射電鏡觀察表明奧氏體基體中分布大量卷曲狀位錯(cuò)，說(shuō)明粘滯位錯(cuò)滑移是該材料由速率控制蠕變變形中的重要形變機(jī)制。對(duì)經(jīng)過(guò)高溫(500-750℃)長(zhǎng)時(shí)間（3600 h)蠕變樣品進(jìn)行微結(jié)構(gòu)分析表明，AL6XN

6、奧氏體鋼存在復(fù)雜的析出行為。樣品在較低溫度(≤550℃)下經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間蠕變，沒(méi)有觀察到析出物。溫度升高到600℃時(shí)，晶界首先出現(xiàn)析出物。通過(guò)選區(qū)衍射分析表明該析出物為M23C6碳化物。之后當(dāng)溫度升高到650-750℃之間，奧氏體晶粒內(nèi)部以及孿晶界也出現(xiàn)大量析出物。其中包括M23C6、M6C碳化物、σ相及Laves相金屬間化合物。由于在晶界處存在大量脆性析出物，顯著降低AL6XN奧氏體鋼韌性并降低高溫蠕變壽命。并且長(zhǎng)時(shí)間高溫時(shí)效后，晶界處出