同位素效应对铁中辐照损伤的影响

有关氦与辐照缺陷的相互作用已有不少系统性的工作,但对氢与辐照缺陷的相互作用的研究不多。特别是氢的同位素氘或者氚存在于核聚变反应堆中,关于氢的同位素效应对辐照损伤的研究工作很少。采用离子加速器在室温下对纯铁注入氘离子,经500℃时效1h后,研究了电子辐照下位错环的演变过程并讨论了同位素效应对位错环偏压的影响。实验表明,随辐照剂量的增加,空位型位错环的尺寸逐渐减小直至消失。由于注氘纯铁中的位错偏压小,其空位型位错环缩小的速率比注氢纯铁中空位型位错环小,由此可以推断注氘纯铁比注氢纯铁抗辐照损伤性能好。     

注氘纯钒中位错环的原位观察

研究了室温注氘纯钒在电子辐照下位错环的变化。纯钒室温注氘后分别在500,550℃通过超高压透射电子显微镜(HVEM)观察分析了在电子辐照下的微观结构变化。结果表明:500℃电子辐照时,位错环没有明显的变化;在550℃时效后形成的位错环尺寸比500℃略有增加,在550℃继续进行电子辐照,位错环在尺寸和密度上同样没有变化。与纯铁相比,纯钒中的缺陷团簇在辐照下的稳定性更高。     

V-4Cr-4Ti中的析出相及氦离子辐照损伤行为研究

钒合金作为聚变堆候选结构材料,其辐照损伤行为一直是研究热点。采用100keV的He+在室温分别对V-4Cr-4Ti与中国低活化马氏体钢CLAM(China low activity martensitic)钢进行辐照实验。利用透射电镜结合选区电子衍射,X射线能谱和电子能量损失谱观察辐照损伤前后显微结构演变及合金元素变化。结果表明,合金内部分布大量呈现针状且沿特定晶体生长方向的面心立方晶系析出相TiC,长度约为200~1 000nm。室温He+辐照造成V-4Cr-4Ti与CLAM钢内部形成2~8nm之间的氦泡。钒合金中,析出相与基体界面处的氦泡显著长大,离子辐照并未引起材料显著的晶格膨胀。此外,同一辐照环境下对比CLAM钢,V-4Cr-4Ti合金具有更好的抗辐照肿胀性能。     

高熵合金:面向聚变堆抗辐照损伤的新型候选材料

随着核聚变技术的发展,材料的辐照损伤作为制约其发展的重要问题越来越受到人们的关注。材料在聚变堆服役时面临着高温、高密度等离子体溅射、腐蚀、中子辐照等一系列极端工况,这就要求材料具备良好的力学性能、抗中子辐照能力、抗等离子体溅射能力、耐腐蚀等诸多特性。近年来,高熵合金作为一种面向聚变堆抗辐照损伤的新型候选材料逐渐发展起来,其抗辐照损伤能力的评估以及辐照损伤机理都值得深入研究。高熵合金是一种新的合金设计理念,可通过多主元合金自身较高的熵值和原子不易扩散的特性获得热稳定性高的固溶相。高熵合金具有区别于传统合金的特性,包括高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应以及性能上的"鸡尾酒"效应,这些特性使高熵合金具有高的强度和硬度、耐腐蚀性能、抗高温软化性能、良好的软磁性能等优势。目前高熵合金的辐照损伤研究主要通过离子辐照进行,集中在位错环演化、氦泡演化以及相稳定性的研究等方面。研究发现,离子辐照后高熵合金中的位错环、氦泡的尺寸被显著减小,这归因于高熵合金基体本身存在较大的畸变,它们作为吸附空位、氦原子等缺陷的阱缓解了辐照损伤。另外,目前针对聚变堆的高温工况,开发了以V、Hf、Ta、W等高熔点元素为主元的抗辐照难熔高熵合金体系。本文对高熵合金辐照损伤行为的研究现状与进展进行了归纳与梳理,包括高熵合金离子辐照下位错环和氦泡的演化规律、高熵合金离子辐照下基体及析出物的相稳定性、高熵合金在中子辐照下的辐照行为等,并介绍了面向聚变堆的抗辐照难熔高熵合金体系的开发与研究进展。最后对未来的研究方向进行了展望,以期为面向聚变堆的抗辐照高熵合金的开发提供参考。     

时效处理对快速凝固 Al-8.23Fe-3.62Ce 合金结构与性能的影响

用硬度、室温拉伸和电镜观察等方法研究了时效处理对快速凝固 Al-8.23Fe-3.62Ce 合金结构及性能的影响。研究发现,在573K 时效6h,合金中无明显的沉淀析出和相长大.时效30h,其抗张强度不降低。在高于673K 的温度下长期时效,沉淀相很快脱溶并聚集长大,导致合金室温强度降低。     

高Cr铸造镍基高温合金K4648的母合金净度研究

对两炉冲击韧性存在明显差异的高Cr铸造镍基高温合金K4648进行了对比研究,通过分析两炉母合金的主量元素和气体含量,采用电子束纽扣锭(EB锭)实验观察合金内夹杂物和对母合金用原材料金属Cr的显微组织分析等方法研究了K4648母合金净度。结果表明:1#与2#炉批母合金主量元素无明显差别。1#母合金由于气体元素O含量高达(20.5±7.5)×10-6,远高于2#合金的6×10-6,造成其室温冲击韧性(aku)不及2#合金的一半,低于技术条件要求的19.6J/cm2。电子束纽扣锭(EB锭)实验可有效地将K4648中的夹杂物汇聚,经分析主要是富Y,Ce的氧化物和富Al氧化物。证明高Cr铸造镍基高温合金K4648中添加稀土元素Y,Ce可有效攫取合金中自由态的O和S,生成稳定的稀土氧化物或硫化物,起到净化合金的作用。K4648母合金原材料中金属Cr基体中固溶有15%(质量分数)的元素O,还分布有富Cr氧化物和Cr,Al,Si的复合氧化物。此外,还存在含N、贫O区域,该区域的维氏显微硬度可达8.2GPa,是Cr基体1.3GPa的6倍,证明N使金属Cr的硬度明显升高。     

He+辐照对CLAM钢焊缝微观组织和性能的影响

在室温下用强度为70 ke V的He⁺辐照CLAM钢焊缝,使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和连续刚度纳米压痕技术(CSM)对其表征,研究了He⁺辐照对CLAM钢焊缝的微观组织和性能的影响。结果表明,随辐照剂量的增大焊缝表面黑色孔洞的尺寸增大、密度提高;辐照剂量为1×10¹⁷ions·cm^-2时,在两种焊缝中形成的位错环的尺寸分别约为18.97 nm、15.73 nm,数密度分别约为2.24×10²¹m^-3、1.78×10²¹m^-3,氦泡引起的辐照肿胀率分别约为1.7%和0.4%;辐照缺陷(位错环、氦泡)导致的辐照硬化率分别为49.0%和29.9%。与焊态焊缝相比,调质处理态焊缝的辐照损伤较弱,在一定程度上表明经调质处理后焊缝的抗辐照性能有所提高。     

304奥氏体不锈钢离子辐照后超显微硬度和微结构变化

对304奥氏体不锈钢进行固溶处理及随后的铁离子和氦离子辐照,并对三种处理试样进行超显微硬度测量和透射电镜下微观组织的观察.结果发现,相同的辐照能量和剂量下,两种离子辐照的硬化效果和微结构有较大的差异.铁离子辐照后试样的较浅层的硬化效果更显著,氦离子辐照后试样的较深层硬化效果更高些;铁离子辐照后试样表层辐照缺陷主要由高密度位错和位错缠结构成,氦离子辐照后表层辐照缺陷主要由细小致密的黑斑构成.     

奥氏体不锈钢焊接接头辐照偏析和辐照硬化的研究

为探究奥氏体不锈钢焊接接头辐照后的晶界偏析和硬化规律,实验采用剂量为2×10~(17)n/cm~2、100 keV的He~+对三组不同焊接参数的316L焊接接头进行辐照,并对其辐照前后的硬度、微观结构和晶界成分进行了表征。辐照后焊接接头的TEM结果表明出现了位错环、位错缠结、位错墙、位错胞和氦泡等辐照诱导的特征微结构,但其尺寸和密度与焊接参数并无明显的关联;晶界的EDS数据表明,辐照诱导的偏析会导致焊缝原本富Cr贫Ni的晶界出现富Ni贫Cr的现象;辐照前后的显微硬度数据表明,辐照后硬度的增量随着热输入增大而减小。因此,奥氏体不锈钢焊接接头辐照偏析和辐照后显微结构的变化与普通奥氏体不锈钢类似;晶粒尺寸随着焊接热输入减小而减小,而晶粒细化使晶粒内位错通道密度增大,辐照产生的高密度缺陷对位错滑移的阻碍作用就越明显,则辐照硬化增量会随着热输入的增大而减小。     

Ti-2Al-2.5Zr合金的高温低周疲劳行为

研究了Ti-2Al-2.5Zr合金的高温(673K)低周疲行为,结果表明:Ti-2Al-2.5Zr合金的循环变形表现出初始硬化、随后软化和最后二次硬化的特征。在高温和较高应变幅((Δε_t/2)1.0%)条件下,材料的疲劳寿命高于室温下的疲劳寿命。随着应变幅的提高,高温673 K材料疲劳变形后形成的位错组态由位错墙逐渐演变成成熟的位错胞。多系滑移开动和塑性变形均匀性增强是高温Ti-2Al-2.5Zr合金疲劳寿命提高的原因。     

碳钢/H2SO4+K2Cr2O7/Pt体系自腐蚀过程的电位振荡现象

研究了碳钢/H2SO4 K2Cr2O7/Pt体系中的电位振荡现象,如周期振荡、准周期振荡和混沌振荡等,并对其振荡机理进行了初步分析和讨论,可以发现,在同样的电解质溶液中,它同纯铁的动力学行为类似且具有比纯铁更为复杂的动力学行为,电解质溶液的成分和浓度对电位振荡的产生起关键作用,电极的表面性质也对电位振荡现象产生重要的影响。     

Fe-12Cr型软磁合金的研制

Fe-12Cr系软磁合金是六十年代出现的新型耐腐蚀软磁材料。本文介绍了四种Fe-12Cr软磁合金的磁性和耐腐蚀性,提出用合金化的方法来减少碳、氮对磁性的恶劣影响,使合金的磁导率和矫顽力得到改善。研究了热处理对合金磁特性的影响。并简要地介绍了Fe-12Cr型耐腐蚀软磁合金的应用。     

Fe-Cr合金预氧化后涂覆KCl盐膜的热腐蚀行为

为开发新型耐高温氯化腐蚀合金及防护涂层,对比研究了750 ℃下Fe-20%Cr(质量分数)合金直接涂KCl和预氧化后再涂KCl盐膜条件下的热腐蚀行为.采用XRD及EPMA对其现象进行分析,结果表明:预氧化生成的初始Cr2O3层对Fe-20%Cr合金在KCl盐膜下的热腐蚀有一定的保护作用,表现为降低腐蚀速率,减轻腐蚀对基体的破坏并维持氧化膜的完整性;Fe-20%Cr在750℃KCl盐膜下的腐蚀产物主要是Fe2O3,Cr2O3以及少量K2Fe2O4和K2Cr2O7等复杂氧化物,其中Fe2O3分布在氧化膜外层,而Cr2O3集中于靠近氧化膜/基体界面的氧化膜内侧.用热力学理论解释了这种氧化膜的形成原因.     

WWER反应堆压力容器热–力耦合行为

目的 研究纯Fe、Fe–Cr和Fe–Ni二元体系合金及Fe–Cr–Ni三元体系合金材料压力容器在辐照条件下的热–力耦合行为。方法 选用纯Fe、Fe–36Ni和16MND5二元体系合金以及SA508–3三元体系合金材料为研究对象,采用ABAQUS有限元软件建立压力容器模型,基于UMAT功能将Zr–4包壳材料热源的热膨胀系数模型导入有限元软件中,模拟不同合金材料的压力容器在中子辐照和高温、高压作用下的热–力耦合行为,分别分析压力容器温度场、位移场和应力场的分布情况及随辐照时间的变化情况。结果 包壳温度由内壁向外壁依次降低,包壳内壁温度为353 ℃,最大温差为20 ℃。Fe–36Ni合金受到的最大应力为3.45 MPa,而纯铁受到的最大应力只有1.2 MPa。在中子辐照作用下温度和应力主要集中在压力容器的中心部位,而在压力容器的上下两端容易产生位移集中。结论 合金体系的不同不影响辐照作用下压力容器的温度场、位移场和应力场的分布规律。温度、位移和应力值的大小随着合金体系的改变而改变,温度场和应力场对合金体系更为敏感,即辐照作用下燃料元件的宏观力学性能对合金元素具有敏感性。     

12Cr1MoV高温时效过程的动力学研究

对低碳低合金耐热钢12Cr1MoV在高温时效过程中,合金元素贫化以及从晶内向晶界扩散迁移、晶粒长大和脱溶沉淀的碳化物粒子粗化等成分、组织结构变化进行了研究,运用扩散理论、相变热力学和动力学理论对这些转变的规律进行分析和处理,并获得与实验相符合的结果.结果表明,合金元素的贫化和晶粒长大分别符合ΔC=K.t3/2和Dt=C.t1/2规律;通过Larson-Miller(P=T(C+lgt)热强参数的统一描述,指出了12Cr1MoV钢高温时效是持续而又缓慢的成分和组织结构逐渐变化(退化)的过程.     

碳钢/H_2SO_4+K_2Cr_2O_7/Pt体系自腐蚀过程的电位振荡现象

研究了碳钢 /H2 SO4 +K2 Cr2 O7/Pt体系中的电位振荡现象 ,如周期振荡、准周期振荡和混沌振荡等 ,并对其振荡机理进行了初步分析和讨论。可以发现 ,在同样的电解质溶液中 ,它同纯铁的动力学行为类似且具有比纯铁更为复杂的动力学行为 ,电解质溶液的成分和浓度对电位振荡的产生起关键作用 ,电极的表面性质也对电位振荡现象产生重要的影响     

高温退火对V30Ti33Cr27Fe10贮氢合金性能与结构的影响

研究了高温退火处理对V30Ti33Cr27Fe10贮氢合金性能与结构的影响。结果表明高温退火使放氢平台变平，平台压降低，减小了合金吸放氢后的体胀，改变了合金晶粒的形态，改善了合金基体的组织均匀性。随保温时间延长，合金晶粒长大，晶胞体积减小，吸放氢量降低，BCC主相中析出越来越多的富Ti相，富Ti相中Fe含量随保温时间延长而减少。1523K保温30min的合金具有最大的室温吸放氢量，分别为3．679，5和2．14%（质量分数）；保温3h的合金具有最好的室温吸氢动力学性能，5min内就能达到其饱和吸氢量的80％。     

Cr含量对Nb-Si基超高温合金组织和室温断裂韧性的影响

采用真空非自耗电弧熔炼的方法制备了4种名义成分为Nb-22Ti-16Si-4Hf-3Al-x Cr(x=0,3,5和10,原子分数,%)的合金,并于1450℃保温50 h进行了均匀化处理,研究Cr含量对Nb-Si基超高温合金电弧熔炼态和热处理后组织,及其电弧熔炼态下室温断裂韧性的影响。结果表明:添加Cr没有改变硅化物的晶型(均为γ(Nb,X)5Si3),但其含量随Cr含量的增加而增加,而Nbss/γ(Nb,X)5Si3共晶的含量则逐渐降低;添加Cr还促进了Nbss/(Nb,X)5Si3/Cr2(Nb,X)三相共晶的形成,且该共晶的含量随合金中Cr含量的增加而增加。经1450℃/50 h热处理后,原电弧熔炼态的Nbss枝晶和共晶组织消失,且合金组织明显变得均匀。Cr含量为0,3%和5%的合金组成相为Nbss和γ(Nb,X)5Si3,而在Cr含量为10%的合金中则出现了Nbss,γ(Nb,X)5Si3和Cr2(Nb,X)的三相平衡组织。电弧熔炼态下合金的室温断裂韧性随Cr含量的增加呈现降低的趋势。     

氢对裂尖释放位错临界应力强度因子K_e和无位错区DFZ的影响

理论计算得出:氢降低位错运动点阵阻力,使得裂尖释放位错临界应力强度因子降低;氢的存在使裂尖所释放的位错受到附加吸引力,缩短了 DFZ。TEM 原位拉伸实验表明(i)在氢气氛中,纯铁裂尖位错释放的临界应力强度因子降低。(ii)对 Fe-3%Si 单晶体,电解充氢后裂尖DFZ 消失。(iii)Fe-3%Si 多晶体预形变后充氢,裂尖存在 DFZ。实验结果证实了作者提出的理论模型。     

合金化对铌基固溶体合金和铌硅化物基合金室温断裂韧性影响的研究进展

Ti、Cr和Al的添加改变了铌基固溶体合金的弹性常数,从而改变了其点阵位移势(UP-N).采用表面能(γs)与点阵位移势(UP-N)之比可预测合金的室温断裂韧性.Ti的添加降低了点阵位移势、提高了位错的移动能力,从而提高了铌基固溶体合金的室温断裂韧性;而Cr和Al的作用与Ti相反.简要介绍了K.S.Chan等建立的室温断裂韧性计算模型,同时介绍了合金化元素Ti、Mo、Hf和B等对铌硅化物基合金室温断裂韧性的影响.其中Ti、Hf和B的添加能提高铌硅化物基合金的室温断裂韧性.