FeCrAl合金具有良好的抗氧化性能以及低的顯微熱中子吸收截面,且FeCrAl合金表面生成的氧化鋁能夠有效地阻礙氫的擴(kuò)散,是核燃料包殼的理想材料。通過(guò)真空感應(yīng)熔煉制備出含有Y元素0、0.044%、0.24%與0.66%四種成分的FeCrAl合金,并對(duì)其進(jìn)行組織觀察、相組成分析、熱模擬試驗(yàn)、沖擊性能測(cè)試及拉伸性能測(cè)試,研究了Y對(duì)FeCrAl合金組織及力學(xué)性能的影響。通過(guò)研究FeCrAl合金的鑄態(tài)組織、熱變形條件下的變形行為,熱處理對(duì)FeCrAl合金組織以及沖擊、拉伸性能的影響。得到以下主要結(jié)論:FeCrAl合金為鐵素體基體,鑄態(tài)下,Y元素從0增加到0.24%時(shí),晶粒逐漸細(xì)化,但Y元素含量增加到0.66%時(shí),細(xì)化晶粒的作用不明顯,而且還會(huì)降低合金的鍛造加工性。Y在合金中固溶度很低,Y含量為0.044%時(shí),無(wú)Fe-Y相析出,當(dāng)Y元素含量超過(guò)其固溶度時(shí),多余的Y則以Fe-Y相的形式存在,以球狀或橢球狀和網(wǎng)狀分布于基體。鑄態(tài)FeCrAl合金動(dòng)態(tài)再結(jié)晶不易發(fā)生,合金在10%變形量,1000℃下變形,開(kāi)始發(fā)生再結(jié)晶,但即使合金在40%變形量,1100℃下變形,仍發(fā)生不完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,變形量越大、溫度越高越容易發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,FeCrAl鑄態(tài)合金塑性良好,高Y合金中的Fe-Y相顯著增加合金強(qiáng)度,提高變形抗力,降低塑性。退火熱處理溫度從650℃到850℃,保溫1h后空冷,組織由變形的條形組織逐漸變成等軸晶粒組織,退火溫度在650℃時(shí)組織無(wú)明顯變化,當(dāng)溫度在700℃至750℃時(shí)出現(xiàn)局部等軸晶組織與流變條狀組織的混合組織,當(dāng)退火溫度升至800℃到850℃時(shí),合金發(fā)生完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。退火溫度在850℃時(shí),晶粒長(zhǎng)大。退火過(guò)程中有M_(23)C_6型碳化物析出;含有較高Y元素FeCrAl合金中的Fe-Y相能有效的阻止晶粒長(zhǎng)大。FeCrAl合金沖擊試樣斷裂方式為沿解理面的穿晶斷裂,合金沖擊功隨著Y元素含量增加先升高后降低。FeCrAl合金拉伸試樣斷口為韌性剪切滑移型斷口,穿晶斷裂;屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度隨溫度升高而降低;室溫下的塑性比在400℃時(shí)塑性好,且Y元素含量對(duì)合金的室溫拉伸性能與400℃拉伸性能均無(wú)明顯影響。
【學(xué)位單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG141
【部分圖文】：

圖 1.1 LMFBR 堆芯及其構(gòu)件Fig. 1.1 The reactor core and structural component of LMFBR中燃料組件中所用的結(jié)構(gòu)材料主要要求是：①在高溫下可靠運(yùn)的輻照損傷；③與燃料和冷卻劑有好的相容性；④低的中子寄為正在運(yùn)行的快增殖堆所用的的燃料和包殼材料[6]�？梢�(jiàn)，燃料殼材料是 316 不銹鋼或者類似 316 不銹鋼。因?yàn)檫@種材料基本承受 700℃高溫和輻照劑量高達(dá) 1023n/cm2（E＞0.1MeV）。料維持燃料棒的完整，防止放射性物質(zhì)逸入冷卻劑中，是放射同時(shí)又將燃料與冷卻劑分隔開(kāi)。在燃料組件設(shè)計(jì)時(shí)，燃料棒包殼燃料棒是封閉式結(jié)構(gòu)，裂變氣體產(chǎn)物全部釋放到燃料棒的內(nèi)腔里棒內(nèi)壓力逐漸增加，當(dāng)燃耗到達(dá)設(shè)計(jì)目標(biāo)時(shí)，要求由包殼承受壓過(guò)材料的允許壓力；包殼外表面受冷卻劑的腐蝕，內(nèi)表面受裂蝕，都使包殼的有效厚度減少，這種厚度的減少必然引起包殼

圖 1.2 LMFBR 燃料棒在反應(yīng)堆運(yùn)行中發(fā)生的各種現(xiàn)象1.2 Various phenomena occurring in the operation of the LMFBR fuel rod in the nuclear 之前的研究生中發(fā)現(xiàn)，鋯合金和300系列的不銹鋼暴露在800-1200℃、0.3環(huán)境下，當(dāng)溫度達(dá)到 1200℃時(shí)材料的腐蝕情況相當(dāng)嚴(yán)重[9]。FeCrAl 合金汽環(huán)境中具有良好的抗氧化性能[10]。合金表面的氧化鋁薄膜的有效保護(hù) 1475℃，接近了其液相線溫度（約 1500℃）[11]。由于其表面致密的氧化鋁效地阻礙外界環(huán)境對(duì)金屬基體的腐蝕作用，且其氧化鋁薄膜具有良好的況下不會(huì)發(fā)生脫落等情況[12]。并且當(dāng) FeCrAl 合金中加入元素釔（Y）時(shí)分布在 Fe-Y 相中，F(xiàn)e-Y 相中鋁含量高于基體，鉻含量低于基體，該相沿Y 在合金基體中固溶甚微。氧化時(shí)，形成釔鋁復(fù)合氧化物，對(duì)氧化膜起到這是 Y 對(duì)改善鐵鉻鋁合金氧化膜粘著性的機(jī)理。另外，形成的復(fù)合氧化鉻鋁合金的高溫強(qiáng)度。由于 Y 元素的加入也使得合金的位錯(cuò)密度有所升進(jìn)鋁選擇氧化的原因之一[13]。

a.1200℃蒸汽環(huán)境氧化后增量 b.360℃加壓水的腐蝕增量圖 1.3 FeCrAl 合金在不同情況下的增重Fig. 1.3 Weight gain of the FeCrAl alloys after oxidation in a steam environment at 1200℃and corrosion in pressurized 360℃ water3 FeCrAl 合金的熱變形FeCrAl 合金的熱加工對(duì)合金最終使用性能有很重要的影響。熱變形過(guò)程中，會(huì)位錯(cuò)滑移、攀移、增殖和交割等運(yùn)動(dòng)，使合金的組織形態(tài)發(fā)生很大變化；動(dòng)態(tài)回復(fù)態(tài)再結(jié)晶對(duì)合金變形后的晶粒尺寸起到?jīng)Q定性的作用。因此，對(duì)合金熱變形的研究?jī)?yōu)化材料的組織，控制和穩(wěn)定材料性能非常重要。熱模擬實(shí)驗(yàn)是研究合金熱變形規(guī)律的基本方法。通過(guò)熱模擬實(shí)驗(yàn)，可以得到材變形的應(yīng)力應(yīng)變曲線，分析應(yīng)力應(yīng)變曲線，反映合金熱變形規(guī)律，并與合金組織變關(guān)聯(lián)。.1 真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線應(yīng)力-應(yīng)變曲線是表征材料因變形產(chǎn)生的應(yīng)力與其對(duì)應(yīng)應(yīng)變之間的關(guān)系曲線，定
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