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核电相关材料力学性能及微观结构分析

作　者: 王刚
导　师: 沈寅忠
学　校: 上海交通大学
专　业: 核能科学与工程
关键词: 奥氏体不锈钢应力锯齿流动动态应变时效激活能钨合金微观结构
分类号: TL341
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

奥氏体不锈钢以其良好的耐蚀性和全面的综合性能在各行各业获得了广泛的应用,其中较为典型的一种不锈钢便是是304奥氏体不锈钢。在核电站中,304不锈钢广泛应用于反应堆堆内构件、回路管道等设备。研究304不锈钢的力学性能,不仅仅是为了测量出其在高温下的性能数据,更主要的是为后续核电站主管道的国产化研究提供基础数据。同时,本文还对纯钨材料及添加氧化物的钨合金进行研究。纯钨材料是一种硬度高、熔点高而又比较脆的一种材料,因此,人们通过在纯钨中加入氧化物、碳化物颗粒,并通过一定的粉末冶金和热加工工艺处理,试图寻找一种能够提高钨合金韧性的方法。本文对几种为聚变堆研制的钨合金材料进行微观结构分析,从微观结构角度探讨改善钨合金材料韧性的可能性。本文研究的第一部分是关于304奥氏体不锈钢的高温力学行为。利用岛津AG–100KNA型万能材料试验机,对304不锈钢试样在温度为450、500、550、600、650、700、750、800℃,应变速率为2310-4～1310-2s-1范围内进行拉伸试验。结合理论计算,对304不锈钢的锯齿流动机理进行了分析。结果表明,在应变速率为2310-4～2310-3s-1范围内,304奥氏体不锈钢出现锯齿流动行为的温度范围为500⁷00℃。在同一温度下,锯齿形成的临界应变量随应变速率的增加而变大;在同一应变速率下,锯齿形成的临界应变量随温度的升高而迅速减小。在应力应变曲线上出现A、A+B和E三种锯齿波波形。锯齿形成的有效激活能为212.8KJ/mol,304奥氏体不锈钢的高温锯齿流动行为可能是由于铬和锰等置换型溶质原子通过管扩散,并与运动位错交互作用所产生的动态应变时效而引起的,与碳原子无关。本文研究的第二部分是关于聚变堆材料钨合金的微观结构分析。采用光学显微镜（OM）和扫描电子显微镜（SEM）,对纯钨材料、纯钨轧制、加氧化镧轧制和加氧化镧锻件四种试样进行微观结构分析。结果表明,用粉末冶金法制备的纯钨其晶粒平均尺寸约为50⁸0μm,纯钨中孔隙比较多且尺寸达数微米,致密度低,因而其力学性能较差。纯钨轧制试样改变晶粒的形状,但晶间结合不是很紧密,存在孔隙。轧制态和锻造态的W-1%La₂O₃两种试样均不同程度地改善了钨合金的微观结构,可能会提高钨合金材料的韧性,含La氧化物颗粒尺寸均匀且分布均匀,部分含La氧化物颗粒分布在晶界处,在钨基体中发现新的W-La-O化合物。锻造态试样中的La₂O₃颗粒比轧制态试样中的La₂O₃颗粒更加细小,且分布更加均匀。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-19
  1.1 研究的背景与意义  9-12
  1.2 国内外研究现状  12-18
    1.2.1 钨合金最新研究动态  12-16
    1.2.2 动态应变时效研究进展  16-18
  1.3 本文主要研究内容  18
  1.4 本章小结  18-19
第二章 304 不锈钢力学性能理论研究  19-27
  2.1 拉伸试验简介  19-20
  2.2 动态应变时效理论研究  20-26
    2.2.1 动态应变时效概述  20-23
    2.2.2 动态应变时效理论计算  23-26
  2.3 本章小结  26-27
第三章实验方案与实验过程  27-34
  3.1 304 不锈钢力学性能实验  27-29
    3.1.1 实验材料  27
    3.1.2 实验方法  27-28
    3.1.3 实验过程  28-29
  3.2 钨合金微观结构分析实验  29-33
    3.2.1 实验材料  29-30
    3.2.2 实验方法  30-32
    3.2.3 实验过程  32-33
  3.3 本章小结  33-34
第四章 304 不锈钢力学性能分析  34-54
  4.1 304 不锈钢拉伸实验结果概述  34-37
  4.2 304 不锈钢拉伸实验力学性能分析  37-43
    4.2.1 强度分析  38-41
    4.2.2 塑性分析  41-43
  4.3 304 不锈钢动态应变时效分析  43-53
    4.3.1 发生动态应变时效条件分析  43-45
    4.3.2 激活能计算  45-50
    4.3.3 锯齿波类型分析  50-51
    4.3.4 应变速率敏感系数  51-53
  4.4 本章小结  53-54
第五章钨合金微观结构分析  54-68
  5.1 钨合金金相显微结构分析  54-60
    5.1.1 表面形貌分析  54-55
    5.1.2 晶粒结构分析  55-60
  5.2 钨合金扫描显微结构分析  60-67
    5.2.1 W-La_2O_3合金扫描显微形貌  60-63
    5.2.2 弥散强化颗粒EDX 分析  63-67
  5.3 本章小结  67-68
第六章总结与展望  68-70
  6.1 主要结论  68-69
  6.2 研究展望  69-70
参考文献  70-74
附录  74-75
致谢  75-76
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  76-78

核电相关材料力学性能及微观结构分析

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