zr对14cr-ods钢微观组织的影响及强化机制研究

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1、Zr对14Cr-ODS钢微观组织的影响及强化机制研究InfluenceofZrAdditionontheMicrostructuresof14Cr-ODSSteelsandtheInvestigationofStrengtheningMechanism工程领域：材料工程作者姓名：张立业指导教师：余黎明副教授企业导师：董治中研究员天津大学材料科学与工程学院二零一七年六月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人

2、已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）

3、学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要氧化物弥散强化（OxideDispersionStrengthened,ODS）钢因其良好的高温力学性能和优异的抗辐照性能而成为未来能源系统的最佳备选结构材料。这种新材料的强化思路是向基体中引入稳定的、弥散分布的纳米级氧化物颗粒，从而形成弥散强化效应。本文通过行星式球磨与热等静压（HIP）烧结工艺制备了两种成分的ODS合金：14Cr-ODS和14Cr-Zr-ODS，探索了Zr元素的添加对ODS钢微观组织和力学性能的影响作用及其机制。主要结

4、论有：14Cr-Zr-ODS合金中形成了更加细小、均匀、弥散的氧化物颗粒，对该合金内的颗粒进行表征，发现尺寸较小的颗粒主要是斜方六面体Y4Zr3O12，尺寸较大的颗粒主要为单斜结构的Y2O3。对不同尺寸的颗粒与基体间的共格度进行计算后得出，共格度随着颗粒尺寸的增大而减小，而且当颗粒达到14nm后，氧化物颗粒晶面与基体晶面在矢量g方向上已经失去平行关系。另外，由于细小的Y4Zr3O12颗粒与基体共格度较高，界面能较低，所以具有较高的高温稳定性，在高温烧结过程中，不易被晶界溶解，也不易粗化，从而能够更有效

5、地对晶界的迁移产生钉扎阻碍作用，细化了14Cr-Zr-ODS合金的晶粒。对两种合金进行力学性能测试，发现14Cr-Zr-ODS合金与14Cr-ODS合金相比，具有更高的强度和更好的塑性，Zr元素的强化机制主要有：（1）Zr元素的添加使氧化物颗粒更加细小弥散，从而对位错的滑移产生了更加强烈的钉扎阻碍作用；（2）Y4Zr3O12颗粒与基体之间存在更高的共格度，界面能低，界面结合力强，能够有效避免因负载分区现象而产生的界面失效：（3）Y4Zr3O12颗粒因与基体之间的界面更加规整，所以这些颗粒在烧结过程中能

6、够有效避免溶解和粗化，从而阻碍了晶界迁移，细化了晶粒。关键词：ODS钢，界面共格度，力学性能，钉扎效应IIIABSTRACTOxidedispersionstrengthened(ODS)steelsareconsideredasthebestcandidatesofstructuralmaterialsfornuclearsystemsduetotheirexcellenthightemperaturemechanicalpropertiesandsuperiorradiationresistanc

7、e.Thestrengtheningmechanismofthiskindofnewmaterialistheintroductionofstable,dispersedandnanoscaledoxideparticlesintothematrixandthenformadispersionstrengtheningeffect.TwocompositionsofODSsteelsof14Cr-ODSand14Cr-Zr-ODSwerepreparedbymechanicalballmillandh

8、otisostaticpressing(HIP)sinteringinthiswork.AndtheinfluenceofZradditiononthemicrostructuresandthestrengtheningmechanismwerestudied.Theconclusionsareasfollows:Theoxideparticlesin14Cr-Zr-ODSaresmaller,morehomogeneousanddispersedtha