為探究奧氏體不銹鋼焊接接頭輻照后的晶界偏析和硬化規(guī)律,實(shí)驗(yàn)采用劑量為2×10¹⁷n/cm²、100 keV的He⁺對(duì)三組不同焊接參數(shù)的316L焊接接頭進(jìn)行輻照,并對(duì)其輻照前后的硬度、微觀結(jié)構(gòu)和晶界成分進(jìn)行了表征。輻照后焊接接頭的TEM結(jié)果表明出現(xiàn)了位錯(cuò)環(huán)、位錯(cuò)纏結(jié)、位錯(cuò)墻、位錯(cuò)胞和氦泡等輻照誘導(dǎo)的特征微結(jié)構(gòu),但其尺寸和密度與焊接參數(shù)并無(wú)明顯的關(guān)聯(lián);晶界的EDS數(shù)據(jù)表明,輻照誘導(dǎo)的偏析會(huì)導(dǎo)致焊縫原本富Cr貧Ni的晶界出現(xiàn)富Ni貧Cr的現(xiàn)象;輻照前后的顯微硬度數(shù)據(jù)表明,輻照后硬度的增量隨著熱輸入增大而減小。因此,奧氏體不銹鋼焊接接頭輻照偏析和輻照后顯微結(jié)構(gòu)的變化與普通奧氏體不銹鋼類似;晶粒尺寸隨著焊接熱輸入減小而減小,而晶粒細(xì)化使晶粒內(nèi)位錯(cuò)通道密度增大,輻照產(chǎn)生的高密度缺陷對(duì)位錯(cuò)滑移的阻礙作用就越明顯,則輻照硬化增量會(huì)隨著熱輸入的增大而減小。 

【文章來(lái)源】：材料導(dǎo)報(bào). 2020,34(04)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

(a)損傷量隨深度的變化函數(shù);(b)氦離子濃度隨深度的變化函數(shù)

奧氏體不銹鋼在He+的轟擊下會(huì)產(chǎn)生大量空位和間隙原子。這些點(diǎn)缺陷會(huì)在輻照下遷移并聚集,形成一個(gè)類似于圓形的空位原子面或間隙原子面。γ相的(111)面為密排面,因此該空位原子面或間隙原子面會(huì)在(111)面上形成。這導(dǎo)致與間隙或空位原子面相鄰的(111)面會(huì)向外或向內(nèi)塌陷,形成位于(111)面上、柏氏矢量為±a/3[111]的層錯(cuò)位錯(cuò)環(huán)。間隙原子的流動(dòng)性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空位原子,它們更容易遷移和聚集,因此尺寸較大的位錯(cuò)環(huán)大多為間隙原子環(huán)。圖2為使用TEM拍攝的輻照后焊縫的位錯(cuò)環(huán)形貌圖。圖2a和b中箭頭所指分別為2#樣品和3#樣品的位錯(cuò)環(huán)形貌,其形狀類似于蝴蝶狀。對(duì)比發(fā)現(xiàn)2#和3#樣品經(jīng)過(guò)輻照后形成的位錯(cuò)環(huán)尺寸沒(méi)有明顯差異,直徑均在10 nm左右。因此,焊縫輻照后形成的位錯(cuò)環(huán)的尺寸與焊接熱輸入沒(méi)有必然聯(lián)系。相關(guān)研究表明位錯(cuò)環(huán)的尺寸主要與輻照劑量和輻照溫度有關(guān)。位錯(cuò)環(huán)尺寸隨著輻照劑量的升高而增大,當(dāng)輻照劑量大于5 dpa后位錯(cuò)環(huán)尺寸趨于穩(wěn)定[15],而位錯(cuò)環(huán)所能達(dá)到的最大尺寸取決于材料的化學(xué)成分和輻照溫度[16-18]。缺陷的聚集和相互反應(yīng)還會(huì)產(chǎn)生位錯(cuò)纏結(jié)、位錯(cuò)墻和位錯(cuò)胞等結(jié)構(gòu)。從圖3a可以看到焊接接頭輻照后形成了位錯(cuò)纏結(jié)結(jié)構(gòu)。位錯(cuò)纏結(jié)是位錯(cuò)線、位錯(cuò)環(huán)等缺陷紛亂纏結(jié)所形成的,這種結(jié)構(gòu)對(duì)位錯(cuò)的滑移有很大的阻礙作用,嚴(yán)重影響材料的強(qiáng)度和塑性。圖3b為暗場(chǎng)像,可以觀察到位錯(cuò)纏結(jié)形成一個(gè)類似于墻的狀態(tài),通常將其稱作位錯(cuò)墻。位錯(cuò)墻閉合形成了一個(gè)胞狀區(qū)域,即位錯(cuò)胞,進(jìn)而會(huì)形成亞晶界和亞晶。He+進(jìn)入靶材后會(huì)作為間隙原子分布在材料內(nèi)部,在輻照促進(jìn)原子擴(kuò)散的作用下遷移并聚集進(jìn)而形成氦泡。從SRIM的模擬結(jié)果可知,在距離表面250～400 nm的區(qū)域He濃度最高,氦泡的密度也最高。但是此次輻照實(shí)驗(yàn)是在常溫下進(jìn)行的,低溫限制了He的遷移和聚集,因此氦泡的尺寸范圍較小。從圖3c可以看出氦泡尺寸在0.5～1 nm左右。

缺陷的聚集和相互反應(yīng)還會(huì)產(chǎn)生位錯(cuò)纏結(jié)、位錯(cuò)墻和位錯(cuò)胞等結(jié)構(gòu)。從圖3a可以看到焊接接頭輻照后形成了位錯(cuò)纏結(jié)結(jié)構(gòu)。位錯(cuò)纏結(jié)是位錯(cuò)線、位錯(cuò)環(huán)等缺陷紛亂纏結(jié)所形成的,這種結(jié)構(gòu)對(duì)位錯(cuò)的滑移有很大的阻礙作用,嚴(yán)重影響材料的強(qiáng)度和塑性。圖3b為暗場(chǎng)像,可以觀察到位錯(cuò)纏結(jié)形成一個(gè)類似于墻的狀態(tài),通常將其稱作位錯(cuò)墻。位錯(cuò)墻閉合形成了一個(gè)胞狀區(qū)域,即位錯(cuò)胞,進(jìn)而會(huì)形成亞晶界和亞晶。He+進(jìn)入靶材后會(huì)作為間隙原子分布在材料內(nèi)部,在輻照促進(jìn)原子擴(kuò)散的作用下遷移并聚集進(jìn)而形成氦泡。從SRIM的模擬結(jié)果可知,在距離表面250～400 nm的區(qū)域He濃度最高,氦泡的密度也最高。但是此次輻照實(shí)驗(yàn)是在常溫下進(jìn)行的,低溫限制了He的遷移和聚集,因此氦泡的尺寸范圍較小。從圖3c可以看出氦泡尺寸在0.5～1 nm左右。2.2 輻照偏析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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