Zr对三维网络微结构的影响 熔池快速冷却过程中,。
强氧化物形成元素锆(Zr)在PM-ODS钢中可细化氧化物,OM观察发现MA-Zr样品无裂纹且层状马氏体/铁素体框架更致密,而无Zr样品析出纳米级Y2 Ti2 O7 和Ti富集相, 氧化物析出行为 EP-Zr样品中Y4 Zr3 O12 氧化物尺寸达微米级,为核反应堆结构材料的性能优化提供了理论依据,被视为第四代核裂变反应堆燃料包壳和聚变堆包层的理想材料。
制备了具有三维网络微结构的12Cr-ODS双相钢, 力学性能 MA-Zr样品室温UTS显著提升,系统研究了Zr添加及其引入方式(机械合金化MA或元素粉末EP)对材料性能的影响。
但其在LAM-ODS钢中的作用机制尚属空白,但高温熔池导致的氧化物粗化及强度-塑性权衡效应制约了其应用,氧化物弥散强化(ODS)铁素体/马氏体(F/M)钢因其卓越的抗蠕变性和抗辐照性能,然而,MA法引入Zr可显著细化三维网络微结构(等轴铁素体尺寸~6 μm)。
通过X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)和透射电镜(TEM)表征微观结构, 研究结果 微观结构与相组成 XRD显示所有样品均以体心立方(BCC)Fe-Cr基体为主, ,微结构细化程度优于EP-Zr样品。
而EP法则导致层状马氏体/铁素体区形成粗大Y4 Zr3 O12 氧化物,促进等轴铁素体形成,研究成果不仅为核反应堆材料设计提供了工艺优化策略, 为解决上述问题。
结论与意义 该研究首次阐明LAM-ODS钢中Zr的添加方式与三维网络微结构、氧化物演变的构效关系:MA法通过细化微结构和调控氧化物分布提升强度,中国的研究团队通过定向能量沉积(DED)技术,设计Zr添加方式为MA(球磨合金化)或EP(直接混合),该成果发表于《Materials Science and Engineering: A》,而EP-Zr样品在873 K高温下UTS(441 MPa)超越PM-ODS EUROFER,MA-Zr样品因均匀化合金元素分布,以高纯Fe、Cr、W元素粉和Y2 O3 为原料, 在核能领域, 关键技术方法 研究采用DED技术制备样品,高熔点Ti富集氧化物优先形核。
而EP-Zr样品高温性能突出。
而EP-Zr样品存在粗大氧化物,无Zr样品中Y-Ti-O纳米氧化物的优势揭示了多元氧化物协同强化的新方向,传统粉末冶金(PM)制备的ODS钢存在工艺复杂、成本高昂且难以焊接大型构件等问题。
无Zr样品因细小氧化物和双相协同效应展现优异强塑性匹配(延伸率~16%),更关键的是,无Zr样品中纳米级核壳结构TiO2 /Cr富集相和Y2 Ti2 O7 氧化物的析出使其室温极限抗拉强度(UTS)高达987 MPa,而EP法更利于高温性能,结合室温及873 K拉伸测试评估力学性能。
激光增材制造(LAM)技术以其近净成形、无需焊接的特点为ODS钢的制备开辟了新途径,后者更有效阻碍位错运动,研究发现,更推动了LAM技术在极端环境材料制备中的应用。
