FeCrAl合金拉伸力学性能分子动力学研究

FeCrAl合金优良的高温抗氧化性能使其成为反应堆燃料包壳的候选替代材料之一,然而Cr和Al的存在会对其力学性能产生负面影响,对反应堆的安全运行造成潜在风险。为了分析FeCrAl合金体系在微观尺度的变形机制,采用分子动力学方法研究了温度和应变速率两个重要影响因素下FeCrAl单晶的力学性能,对应力应变、缺陷分布、位错密度的变化及变形机制进行了讨论,分析了溶质原子对模拟结果的影响。结果表明,温度升高导致原子热运动加剧,促进了缺陷的形成和生长,降低了原子间相互作用,导致弹性模量和抗拉强度随温度的升高而降低。应变速率的升高导致弹性模量和抗拉强度降低,低应变速率的塑性变形机制主要孪生变形,中等应变速率下为位错滑移,高应变速率下为原子排列无序化的变形机制。温度和应变速率对α-Fe和FeCrAl具有相同的作用趋势,但与α-Fe相比,FeCrAl中的Cr和Al会产生明显的晶格畸变和应力集中,促进了缺陷和位错的形成和运动,降低材料的屈服强度和抗拉强度。基于计算结果,对FeCrAl单晶体系建立了基于F-B方程的本构模型,拓展了计算结果的应用范围。     

中温处理对FeCrAl合金力学性能的影响

含１５％～２５％Ｃｒ,４％～５％Ａｌ的ＦｅＣｒＡｌ合金在４００～５００℃时效后发生了４７５℃脆化,处理温度高于９００℃时发生高温脆化,但在中温（５４０～９００℃）处理后能获得较高的塑性和较低的硬度,σ相脆化的发展不明显,中温处理还能部分消除合金中已经产生了４７５℃的脆性和高温脆性,含０．２％～０．４％Ｙ的ＦｅＣｒＡｌ合金有很宽的高塑性区（５００～１３００℃）高温脆化几乎不发生,４７５℃脆化的发展缓     

热变形温度对Cu-Sn-P合金微观组织的影响

通过EBSD,TEM等方法对Cu-Sn-P在合金200～500℃的热变形组织进行分析。研究表明:经热变形后的晶粒组织垂直于受力方向被拉长,大部分为变形晶粒,应变硬化效果明显,基体内部存在较大的形变储能。再结晶主要在位错密度较大区域形核,软化作用比较微弱。热变形组织内部亚晶组织及位错聚集区密集分布,发现了刃型位错的交割以及位错列的滑移作用。当变形温度为500℃时,在再结晶晶粒内部会出现台阶状的退火孪晶。     

中温处理对FeCrAl合金力学性能的影响

含１５％～２５％Ｃｒ,４％～５％Ａｌ的ＦｅＣｒＡｌ合金在４００～５００℃时效后发生４７５℃脆化,处理温度高于９００℃时发生高温脆化,但在中温（５４０～９００℃）处理后能获得较高的塑性和较低的硬度,σ相脆化的发展不明显。中温处理还能部分消除合金中已经产生４７５℃的脆性和高温脆性。含０２％～０４％Ｙ的ＦｅＣｒＡｌＹ合金有很宽的高塑性区（５００～１３００℃）,高温脆化几乎不发生,４７５℃脆化的发展缓慢。已经产生的４７５℃脆性在５００～５６０℃处理后完全消除。钇的这些作用与合金中碳原子被ＹＦｅ相质点俘获、不发生碳化物析出过程有关。     

热变形温度对TC18钛合金显微组织和力学性能的影响

研究了热变形温度从(tβ-25℃)～(tβ 20℃)变化时,对TC18钛合金模锻件显微组织和拉伸、冲击、断裂韧度等主要力学性能的影响.结果表明:合金强度随变形温度升高变化不大,均在1 200 MPa左右;而塑性、冲击韧性以及断裂韧度等性能指标对热变形温度变化反应敏感;两相区变形时获得双态组织,合金的塑性和冲击韧性较高,ψ≥40%,aKU≥40 J/cm2;但断裂韧度偏低,KIc＜50 MPa·m1/2.β区变形时获得片状组织,合金具有较高的断裂韧度,KIc＞50 MPa·m1/2;但塑性和冲击韧性较低,ψ≥20%,aKU≥25 J/cm2.在相变点附近变形时容易导致合金组织和性能出现不均匀性.     

变形温度对TA15合金组织的影响

研究了镦粗变形温度对TA15合金显微组织的影响.当镦粗比为2时,β区变形的镦粗试样为片状组织,在剧烈变形区和自由变形区,1080℃变形时β晶粒的动态再结晶程度比1030℃高,再结晶后的β晶粒尺寸为50-700 μm;α+β变形镦粗试样的显微组织为过渡型组织,由于变形在断面上分布的差异,难变形区和剧烈变形区及自由变形区组织差别较大.     

变形温度对C-Si-Mn系热轧双相钢热变形行为的影响

以C-Si-Mn系热轧双相钢为研究对象,通过单道次热模拟实验,研究了不同变形温度下热轧双相钢热变形行为.研究发现,变形温度越高,再结晶越容易;变形温度降低,铁素体晶粒小,热变形流变应力随之下降,并且双相钢中板条马氏体和孪晶马氏体形貌均有退化趋势.通过对不同变形温度下双相钢热变形行为的研究,可以为进一步热轧实验提供理论依据.     

变形温度对大塑性变形TA15合金显微组织和力学性能的影响

在600～800℃温度区间对TA15合金进行多向等温锻造,利用金相显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)以及拉伸试验研究了变形温度对微观组织与力学性能的影响.结果表明:经3道次多向等温锻造后,TA15合金发生细化和球化,随变形温度的升高,等轴α机械破碎细化效应受到抑制,而片状α细化更加明显,不连续动态再结晶(dDRX...     

终锻温度对GH4738高温合金热变形行为的影响

采用非持续加热方式设计非等温热模拟压缩实验,模拟不同终锻温度条件下GH4738高温合金的热变形行为,并结合组织观察分析终锻温度对GH4738合金组织均匀性以及后续热处理过程组织遗传性的影响规律.研究结果表明,在相同始锻温度条件下,终锻温度过低会抑制GH4738合金热变形过程中动态再结晶的发生,从组织上表现为再结晶程度较...     

热挤压和热处理对GH710合金显微组织和力学性能的影响

研究了GH710合金经热挤压和热处理后微观组织和强化相的演化行为,以及对合金力学性能的影响.结果 表明:经过热挤压后,合金铸态组织被破碎并发生再结晶,挤压棒材再结晶组织随挤压比增大而进一步细化且更加均匀.挤压后合金中存在三种不同类型的γ'相,初生一次γ'相主要分布于晶界和三晶交点位置,平均尺寸为986.3 nm;二次γ...     

热暴露温度对Al-Cu-Mg-Ag合金组织和性能的影响

通过实验和计算机仿真研究了热暴露温度对Al-Cu-Mg-Ag合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,热暴露温度影响析出相的长大,当热暴露温度为150℃时,Al-Cu-Mg-Ag合金的稳定性较好。     

热变形参数对Ti53311S合金组织的影响

在Gleeble-1500热模拟机上对Ti53311S合金进行了变形温度为880～1080℃、变形速率为0.001～10s-1的热压缩试验,分析了合金的热变形行为并观察了金相组织.结果表明,该合金流变应力均随应变速率的增加而升高,随温度的升高而降低.在相变点以下变形,随温度增加,合金中β相数量有所增加,但晶粒尺寸变化不大.在高温两相区980℃变形,低应变速率的组织较粗大,中等变形速率0.1s-1可以得到晶粒细小、均匀的组织,而应变速率高于1s-1,则会造成变形组织明显不均匀.在高温β区变形时的变形机理主要为动态回复,而且在该回复区域增加变形量并不能起到细化组织的效果.     

N36锆合金棒材性能研究

介绍了热轧和热轧/热旋锻两种锆合金棒材制备工艺过程及其特点,对两种工艺制备的N36锆合金棒材做了力学性能、腐蚀性能、微观结构和织构等性能的分析.结果表明,热轧工艺棒材的综合性能优于热轧/热旋锻工艺棒材,结合工艺过程的易操作性,可确认热轧工艺是较优的N36锆合金棒材制备工艺.     

核反应堆用FeCrAl合金板材的试制及其组织性能研究

在对Fe13Cr5AlxNb合金熔炼、锻造、轧制等制备工艺研究的基础上,利用光学显微镜、透射电镜、扫描电镜以及电子背散射衍射研究了合金板材的微观组织演化特征。研究了不同热处理温度（800、850、900、1 000 ℃）下合金板材中第二相的析出特点及对其力学性能的影响规律。结果表明,合金板材在800 ℃保温5~25 h后,其室温力学性能稳定;合金板材在800~1 000 ℃、20 h高温时效后,在800~850 ℃时,其强度稍有降低,而在900~1 000 ℃时,其强度随温度的升高而提升。同时,对不同Nb含量的合金板材常温和高温力学性能进行了测试,Nb质量分数为1.0%~1.5%时,合金板材具有良好的力学性能。     

核反应堆用FeCrAl合金板材的试制及其组织性能研究

在对Fe13Cr5AlxNb合金熔炼、锻造、轧制等制备工艺研究的基础上，利用光学显微镜、透射电镜、扫描电镜以及电子背散射衍射研究了合金板材的微观组织演化特征。研究了不同热处理温度（800、850、900、1 000 ℃）下合金板材中第二相的析出特点及对其力学性能的影响规律。结果表明，合金板材在800 ℃保温5~25 h后，其室温力学性能稳定；合金板材在800~1 000 ℃、20 h高温时效后，在800~850 ℃时，其强度稍有降低，而在900~1 000 ℃时，其强度随温度的升高而提升。同时，对不同Nb含量的合金板材常温和高温力学性能进行了测试，Nb质量分数为1.0%~1.5%时，合金板材具有良好的力学性能。     

热变形对多元合金耐磨铸铁组织和性能的影响

研究了热变形量对多元合金耐磨铸铁组织和冲击韧度的影响,结果表明,热变形能改变耐磨铸铁组织中共晶碳化物的形状与分布,促进颗粒状碳化物的析出,提高耐磨铸铁的冲击韧度。当该耐磨铸铁的热变形量为40％时,其冲击韧度最佳。     

热轧变形对TB-13合金组织和织构的影响

采用光学显微镜和X射线衍射仪分析TB-13合金在不同热轧变形条件下组织和织构的演变规律。结果表明:TB-13合金在变形量小于50%的热轧过程中只发生动态回复,当变形量增加到59%时,该合金发生动态再结晶,且随着变形量的增加,动态再结晶程度逐渐增大,细小的再结晶亚晶粒逐渐取代原始等轴状β晶粒从而使组织细化,动态再结晶是该合金热轧过程中主要的细化机制。同时,热轧变形使得该合金形成以旋转立方取向{001}110织构和Goss取向{110}001织构为主的多种织构,且随着变形量的增大,晶粒取向由Goss取向向旋转立方取向转移。     

热变形工艺对TA15合金室温组织和性能的影响

研究了热变形工艺参数对TA15合金显微组织与力学性能的影响。结果表明,随变形量的增加,合金室温强度先降低后升高,断后伸长率则持续下降;增大变形速度会降低合金综合力学性能;950℃变形温度下合金具备优良的综合力学性能。显微组织分析发现,等轴的初生α相与基体上规则排列的次生α相使合金具备较高的强度与塑性;长条状的初生α相、球化的次生α相、片层的次生α相都会降低材料性能,实际锻造生产中应避免此类组织的出现。     

变形度对退火态Nb-W-Mo-Zr棒材金相组织和力学性能的影响

对采用相同加工工艺制备的4种不同规格NbW合金棒材进行退火热处理、金相组织观察和室温力学性能的测试。实验数据表明合金的金相组织在热处理前后由锻造态的流线形向完全再结晶形态转变,1350℃是NbW合金最低再结晶温度。晶粒度随变形量的增加而减小,当Φ31棒材的变形量达到89.7%时晶粒度为43.55μm,同时抗拉强度值达到最大值505MPa,拉伸延伸率为最小值29.5%。