zr、hf对fe-cr-al系ods钢显微组织和拉伸性能的影响

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1、Zr、Hf对Fe-Cr-Al系ODS钢显微组织和拉伸性能的影响EffectofZr,HfadditiononthemicrostructureandtensilepropertiesofFeCrAl-ODSsteels学科专业：材料学学生姓名：董红庆指导教师：李会军教授天津大学材料科学与工程学院二零一七年六月万方数据万方数据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

2、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）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月万方数据万方数据摘要FeCrAl系ODS（Oxidesdispersionstrengthed）钢因其优异的高温性能和耐腐蚀性能而被认为是未来核裂变和核聚

3、变反应堆的候选结构材料之一。但Al的存在会粗化ODS钢中的氧化物颗粒，降低其机械性能。为了获得同时具备良好耐蚀性和机械性能的ODS钢，本研究通过添加合金元素Zr和Hf来提高FeCrAl-ODS钢的拉伸性能。通过对显微组织和力学性能的对比分析，研究了Zr、Hf两种元素的添加对FeCrAl系ODS钢的作用。本论文设计并制备了成分为Fe16Cr3Al1.5W-0.35Y2O3,Fe16Cr3Al1.5W0.5Zr-0.35Y2O3和Fe16Cr3Al1.5W0.5Hf-0.35Y2O3(wt%)的三种ODS钢，并通过OM、EBSD以及TEM对三种ODS钢的金相组织、基体晶粒分布及氧化物颗粒

4、的尺寸和晶体结构进行了对比分析。在性能方面，本实验对三种ODS钢进行了不同温度（23℃,400℃,600℃,800℃）的拉伸测试，对其断裂机制进行了分析，并与成分相近的商业化合金MA956、PM2000的拉伸性能进行了对比。为了深入研究合金元素Zr、Hf的添加对ODS钢组织和性能的影响机制，本文通过Zener-Smith机制解释了由氧化物颗粒的改变导致的晶粒细化，并使用Orowan模型和Hall-Petch模型证明了屈服强度的增加是氧化物颗粒尺寸和颗粒间距的减小以及晶粒细化共同作用的结果。实验结果表明，Zr、Hf元素的添加能够有效地细化FeCrAl系ODS钢的基体晶粒，减小分布在基体

5、中的氧化物颗粒的尺寸及颗粒间距，同时增加颗粒密度。氧化物颗粒细化且密度增加对晶界迁移的阻碍作用增大是晶粒细化的主要原因。而氧化物颗粒分布状态的变化与其晶体结构的改变有关。研究表明在未添加Zr、Hf元素的ODS钢中，氧化物颗粒为不同晶体结构的粗大Y-Al-O。Zr、Hf元素的添加促进了更加细小且稳定的Y-Zr-O和Y-Hf-O相的形成，从而部分取代了Y-Al-O。Zr、Hf的添加提高了FeCrAl系ODS钢的拉伸强度，这是细小的氧化物颗粒钉扎位错的弥散强化和大量晶界阻碍位错移动的细晶强化共同作用的结果。相比之下，Hf在高温下的强化作用更加明显。ODS钢的拉伸断裂机制随温度的升高而变化，

6、从韧脆混合型断裂，到韧性断裂，再到晶间断裂。可以推断提高ODS钢高温强度的有效途径是强化晶界。综上所述，添加Zr、Hf元素可以细化氧化物颗粒尺寸，增加氧化物分布密度，进而细化ODS钢基体晶粒，达到提高拉伸性能的目的。关键词：FeCrAl-ODS，Zr，Hf，氧化物颗粒，基体晶粒，高温拉伸，断裂机制I万方数据II万方数据ABSTRACTFeCrAloxidedispersionstrengthened(ODS)steelshavebeenconsideredasoneofthecandidatestructuralmaterialsinthefuturefissionandfusion

7、reactorsduetotheirexcellenthigh-temperatureprofermanceandcorrosionresistance.However,thepresenceofAlinmatrixtendstocoursingthesizeofoxideswhichwoulddeterioratethemechanicalpropertiesofODSsteels.Inordertoimprovetheprofermanceandmai