合金化改性钨基材料的组织和性能研究与发展

开发受控核聚变能源是一种解决未来能源问题的有效途径。多年来国内外研究发现,钨具有高熔点、高热导率、低物理溅射率、低氚滞留、低肿胀等优点,被认为是最有潜力作为第一壁的候选材料。应用于核聚变反应堆极端环境中的材料,要求具有良好的抗氧化性能、力学性能、抗辐照性能等综合性能。但钨的抗氧化性能较差、再结晶温度较低、脆韧转变温度较高和辐照敏感性,实际应用中还有许多待解决之处。因此需要通过合金化,掺杂第二相弥散强化和制备超细晶钨的手段改善钨基材料性能。合金化是最常用的改善钨基体材料性能的手段之一。结合了近些年来研究成果,综述了掺杂合金元素对钨基材料性能方面的改善效果、作用机理以及分析了未来的发展趋势。     

低能高通量氦离子辐照下W28Ta28V28Zr8Sc8高熵合金损伤行为研究

采用放电等离子烧结技术制备了W₂₈Ta₂₈V₂₈Zr₈Sc₈高熵合金,研究了高熵合金在低能量、高通量氦离子辐照下的损伤行为。结果表明,在相同He离子辐照参数下,高熵合金表现出比纯W更优异的抗辐照损伤性能。不同He离子能量条件下,高熵合金中出现严重Fuzz结构时的He离子能量阈值远高于纯W。在相同辐照参数下,高熵合金有着明显小于纯W的Fuzz层厚度。W₂₈Ta₂₈V₂₈Zr₈Sc₈高熵合金中不同相区在辐照后表现出不同的表面形貌特点,这与构成相区主要元素的He离子辐照行为有关。通过设计高熵合金的显微组织,可以获得优良的抗辐照材料。     

67%变形量纯钨轧板在1250 ℃退火过程中的再结晶行为

目的 研究轧制压下量为67％的纯钨板在退火过程中的再结晶行为.方法 对67％变形量纯钨板在1250℃下进行等温退火实验,运用电子背散射衍射技术获得了变形态和退火态的显微组织与织构,量化了其晶粒尺寸、纵横比以及主要纤维织构的体积分数,分析了变形态组织中潜在晶核的信息.在此基础上,对再结晶前后的显微组织和织构进行了对比分析.结果 温轧后纯钨板的组织中包含了潜在的再结晶晶核,W67在1250℃下退火过程中以较快速度发生了不连续静态再结晶.结论 随着退火时间的增加,再结晶晶粒的尺寸逐渐增大,但其纵横比基本保持不变.在再结晶过程中,θ纤维织构和α纤维织构有所增加,而γ纤维织构明显减少.     

晶界对近片层TiAl高温动态力学行为的数值模拟

基于晶体塑性理论,给出了同时考虑位错滑移、形变孪晶和晶界变形的近片层组织TiAl本构模型;在此基础上,建立基于Voronoi算法的近层片TiAl三维多晶有限元模型,并在晶粒交界处引入壳单元来描述晶界;利用上述有限元模型,对不同温度(室温、500和700℃)和不同拉伸应变率(10-3、320、800和1 350 s-1)下近层片TiAl的塑性力学行为进行数值模拟。结果显示:模拟得到的应力塑性应变曲线与试验结果吻合较好,能够反映近层片TiAl在不同温度和应变率下的材料响应;由于晶界的存在,晶粒内的应力分布会发生明显改变,晶界附近产生一定的应力集中。此外,晶界对孪晶存在一定的阻碍作用,使得晶界附近实体单元的孪晶体积分数要略低于多晶整体的平均孪晶体积分数。     

不同背压方式对静液挤压过程影响的模拟研究

目的研究两种常用的背压方式在静液挤压工艺中对材料变形过程的影响。方法通过选取合理的背压工艺和压力数值,减小静液挤压过程中坯料的拉应力区域,降低材料开裂的风险。基于有限元分析(FEA)软件ANSYS,采用压力加载的方式对顶杆背压和静水背压静液挤压工艺中坯料内部应力应变分布以及材料流动性能的影响开展分析和讨论。结果两种背压方式均存在临界值,适当的压力范围可以抑制裂纹,并且可以获得较好的挤压样品;顶杆背压较静水背压更明显地抑制了轴向拉应力,但会导致其余两项拉应力的滋生;静水背压对三向拉应力都有一定的抑制效果。结论顶杆背压适合于在塑性材料的大挤压比加工中抑制表面纵向裂纹的萌生,也适用于塑性一般的材料的静液挤压变形;静水背压对三向拉应力都有一定的抑制作用,适用于加工变形能力较差的材料。     

不同冲压速度对板料成形的影响

普通曲柄机械压力机在工作时．其滑块的真实运动速度轨迹可以近似为一个正弦曲线。然而在大多数的有限元分析中为了提高计算效率和简化计算过程．往往采用的是恒定速度,且远大于真实情况下的虚拟冲压速度。这样不仅增加了偏离实际的惯性效应．而且无法准确的反映出速度的变化对成形过程的影响。     

不同微观组织TiAl金属间化合物高温动态力学行为与断裂特性

研究Gamma等轴NG组织和近片层NL组织的Ti-46.5Al-2Nb-2Cr合金在不同温度和应变率下的力学行为和断裂模式,揭示温度和应变率对不同微观组织的力学行为和断裂特性的影响。结果表明,两种微观组织的TiAl合金均与温度和应变率相关,且具有类似的温度和应变相关性：动载下的强度明显高于静载下的强度,但在高应变率范围内（320-1350s-1）无明显的应变率相关性;韧脆转变温度（BDTT）随应变率的增加而升高;等轴组织的TiAl合金的真应力—真应变曲线中可以看到明显的屈服现象,而近片层组织的屈服现象不明显。在韧脆转变温度以下,随着温度的上升,两种组织的TiAl的断裂方式均由穿晶解理断裂转变为穿晶断裂与沿晶断裂的混和模式,最后转变为沿晶断裂方式。     

W-Ni/Yb2O3复合材料的制备及烧结性能研究

本文首先采用化学镀获得Ni-Yb2O3复合粉体,然后通过机械球磨制备了不同成分的W-（0.2、0.5、1、2）wt% Ni/Yb2O3复合粉末,最后在1600℃下烧结3h获得了W-Ni/Yb2O3复合材料。采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)研究分析了Ni-Yb2O3复合粉体形貌、W-Ni/Yb2O3复合材料表面形貌。测定了W-Ni/Yb2O3复合材料相对密度、显微硬度和热导率。实验结果表明,W-Ni/Yb2O3复合材料的相对密度和显微硬度随着Ni-Yb2O3含量增加而增加,Ni-Yb2O3的加入促进了钨基材料的烧结致密化;同时,添加Ni-Yb2O3复合粉使钨基材料的晶粒得到细化,但对钨基材料导热性起到降低的作用。     

活化处理对W-1.5% TiC复合粉体烧结行为影响规律研究

本工作通过氢氟酸和氟化铵混合液为活化液的常温超声波辅助活化处理,使其在W粉和Ti C粉表面获得均匀分布的缺陷(吸附质岛或台阶等),增加了粉体的表面活性。通过粉末冶金方法制备W-1.5%Ti C(质量分数)复合材料,采用场发射扫描显微镜(FE-SEM)研究分析了原始烧结粉体、活化预处理后烧结粉体和烧结后W-1.5%Ti C复合材料表面与断口形貌,对烧结机理进行了探讨。结果发现,相同烧结工艺条件下,经过活化处理后烧结粉获得的复合材料比原始粉相对密度提高7%,组织更致密。     

轧制加工对聚变装置用颗粒增强钨合金性能影响的研究进展

钨(W)由于具有高熔点、高溅射阈值、良好的热导率,是最理想的聚变装置用候选材料.颗粒增强钨合金在轧制加工过程中产生的一系列组织与结构转变将对材料的性能产生一定的影响.本文综述了轧制加工对颗粒增强钨合金力学性能、热导率和抗热冲击损伤性能的影响,并指出了热核聚变反应堆用钨材料的研究前景和发展方向.