【摘 要】
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ODS-FeCrAl合金具有优异的抗辐照损伤能力和高温强度,被认为是第四代裂变堆燃料包壳和耐事故燃料包壳的主要候选材料之一。研究显示,在ODS合金中Cr的含量超过16 wt%时,在高温会产生时效脆化;最近的辐照实验证实在Cr含量低于16 wt%的ODS合金中也会产生辐照脆性,因此降低Cr含量成为避免发生材料脆化的合理选择。但降低Cr含量会使合金的耐蚀性降低,需要提高Al含量来弥补耐蚀性的损失以维持
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ODS-FeCrAl合金具有优异的抗辐照损伤能力和高温强度,被认为是第四代裂变堆燃料包壳和耐事故燃料包壳的主要候选材料之一。研究显示,在ODS合金中Cr的含量超过16 wt%时,在高温会产生时效脆化;最近的辐照实验证实在Cr含量低于16 wt%的ODS合金中也会产生辐照脆性,因此降低Cr含量成为避免发生材料脆化的合理选择。但降低Cr含量会使合金的耐蚀性降低,需要提高Al含量来弥补耐蚀性的损失以维持ODS-FeCrAl合金优异的综合性能,发展低Cr高Al的ODS合金遂成为目前相关研究的热点。本论文采用机械合金化+热等静压法制备了 9种不同Cr和Al含量的ODS-FeCrAl合金,系统研究了 Cr和Al含量对ODS-FeCrAl合金微观结构及力学性能的影响。主要结论如下:（1）当Cr含量固定时,在9Cr-xAl（x=4.5、5.0和5.5）合金中,合金的平均晶粒尺寸随着Al含量的增加先减小后增大,超细晶（100～500 nm）所占的比例先增加后减小;在12Cr-xAl和15Cr-xAl合金中,合金的平均晶粒尺寸随着Al含量的增加连续增大,超细晶的比例不断减小;当Al含量固定时,在yCr-4.5Al（y=9、12和15）合金中,合金的平均晶粒尺寸随着Cr含量的上升连续减小,超细晶比例连续增加;对yCr-5.0Al合金,合金的平均晶粒尺寸随着Cr含量的增加而增大,超细晶的比例下降;而在yCr-5.5Al合金中,随着Cr含量的上升,合金的平均晶粒尺寸先增加后减小,超细晶的比例先减小后增加;（2）9种不同成分的ODS-FeCrAl合金中大尺寸析出相是A12O3,尺寸主要分布在20～80 nm之间。不同成分的ODS-FeCrAl合金中大尺寸析出相的平均尺寸相差不大,大约在40 nm左右。Cr含量对大尺寸析出相的密度影响不显著,但随着Al含量的上升,9Cr-xAl、12Cr-xAl和15Cr-xAl合金中大尺寸析出相的密度都有增加,即Al含量对合金中大尺寸析出相密度的影响大于Cr;（3）9种不同成分的ODS-FeCrAl合金中小尺寸析出相主要是Y4Zr3O12、Y2TiO5（～2-5 nm）和尺寸略大（～5-20nm）的YAlO3。当Cr含量固定时,在9Cr-xAl合金中,随着Al含量的上升,小尺寸析出相的尺寸有所增加,密度先增加后下降,9Cr-5.0Al合金中小尺寸析出相的密度达到了 2.3×1023/m3;在12Cr-xAl和15Cr-xAl合金中,随着A1含量的上升,合金中小尺寸析出相的尺寸增加,密度下降。当Al含量固定时,在yCr-4.5Al合金中,随着Cr含量的上升,小尺寸析出相的密度上升,15Cr-4.5Al合金中小尺寸析出相的密度达到了 2.2×1023/m3;在yCr-5.0Al合金中,随着Cr含量的上升,小尺寸析出相的密度先下降后上升;在yCr-5.5Al合金中,随着Cr含量上升,小尺寸析出相的尺寸先增大后减小,密度先下降后上升;（4）9种不同成分的ODS-FeCrAl合金在600℃和700℃都展示了优异的高温强度。当Cr含量固定时,在9Cr-xAl合金中,随着Al含量上升,合金的高温抗拉强度先上升后下降,延伸率先下降后上升。9Cr-5.0Al合金在600℃和700℃的抗拉强度分别达到864 MPa和569 MPa;在12Cr-xAl和15Cr-xAl合金中,随着Al含量的上升,抗拉强度一直下降,延伸率一直上升。当Al含量固定时,在yCr-4.5Al合金中,随着Cr含量的上升,抗拉强度上升,延伸率也上升。15Cr-4.5Al合金600℃和700℃的抗拉强度分别为855 MPa和552 MPa;在yCr-5.0Al合金中,随着Cr含量的上升,抗拉强度下降,延伸率先上升后下降;在yCr-5.5Al合金中,随着Cr含量的上升,抗拉强度下降,延伸率上升。
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