第2讲 金属材料的辐照损伤

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1、材料成分、组织结构与性能的关系金属材料的组织与性能材料成分各组成元素含量辐照损伤冶炼、锻造、焊接、工艺热处理、表面处理、形变、等等组织结构结合键、晶体结构、金属材料的辐照损伤机理组织、内部缺陷辐照后嬗变、微观成分、组织的变化机械:强度、韧性等辐照损伤对材料性能的变化物理:导热、导电等使役性能化学:耐腐、相容性金属材料的组织扫描隧道显微镜未经辐照的组织C原子排列纳米复合铁素体合金光学显微组织:多相组织组织是指用金相观察方法观察材料内部时看到的涉及晶TEM体或晶粒大小、方向、形状排列状况等组成关系的组成纳

2、米晶粒与重物。10μm结晶晶粒α'γ100nm晶界沉淀相原子探针250nm10μmY-Ti-O团簇20钢退火态组织照片304不锈钢SEM照片变形304钢TEM照片AFM/MFM图像100nm1nm三叉晶界亚晶结构孪晶结构122.奥氏体不锈钢的孪晶结构1.70%Cu-30%Zn合金孪晶结构1.变形后的石英晶体中的亚晶结构2.挤出后经450oC退火后纯铝中的亚晶结构3.挤出后纯铝中被拉长的晶粒和亚晶结构33.奥氏体不锈钢的孪晶结构位错结构碳钢组织200nm球化珠光体铁素体Ferrite1.TEM下观察到3

3、16L不锈钢(00Cr17Ni14Mo2)的位错线与位错缠结0112.马氏体钢固溶处理g后急冷残余奥氏体中3.Fe-40at%Al(B2)单晶体室温的位错变形后的位错结构。塑性应变ε=13%,位错密度ρ=2.4×1010cm-2.共析钢-珠光体低碳钢-珠光体1.4%carbonsteel镍中的位错白口铸铁灰口铸铁球墨铸铁马氏体含部分残余奥氏体的马氏体针状马氏体Fe-30Ni-0.31C钢的马氏体以德国科学家AdolphMartens命名的一种钢的淬火硬化相。一般认为马氏体是指钢被快速从高温奥氏体区中淬

4、火得到的碳在α－Fe中的过饱和固溶体，C原子嵌入体心立方晶格的间隙，使晶格畸变为四方结构。板条马氏体贝氏体组织锆合金的微观组织钢经过淬火+高温回火处理后，(a)Recrystallizedgrainstructureof可以得到贝氏体组织，分上贝aZr–1Sn–1Nb–0.2Fealloyshowing氏体和下贝氏体，上贝氏体组a-Zrgrainswithb-Zrphasesas织粗大，脆性大；下贝氏体组boundaryphases.织精细，亚结构为位错型，因(b)Dislocationstructu

5、resinthe此强度高、塑性和韧性好。samealloy.Representativedislocationfeaturesobservedin(a)n=3and(b)n=7deformationregimes(SB–sub-boundaries).Fe-0.43C-2Si-3Mn钢部分转变形成的上贝氏体组织(a)光学显微照片(b,c)明场和暗场像(d)羽毛状组织(a)光学显微照片(b)TEM照片I.CharitandK.L.Murty.Creepbehaviorof普通碳钢的下贝氏体组织niobi

6、um-modifiedzirconiumalloys.JournalofNuclearMaterials374(3):354-363,2008.镍基合金的微观结构－碳化物析出金属、陶瓷材料绝大部分具有晶体结构晶体构成晶体的原子、分子或原子集团在空间是按一定的几何规律规则排列的，因而晶体具有一定的熔点，且具有各向异性的特点。绝大多数的工程材料，如金属及其合金、陶瓷等，天然的岩石、矿物都是晶体。A类，碳化物在晶界析出B类，重结晶后，碳化物B类，重结晶后，碳化物在材料的晶体性质非晶体非晶体中的质点是无规排列

7、的，如在原始晶界网状析出晶内和原始晶界网状析出多数的玻璃和聚合物。7个晶系14种布拉菲点阵立方四方三方简单六方正交单斜三斜a=b=ca=b≠ca=b=ca=b,γ=120°a≠b≠ca≠b≠ca≠b≠cα=β=γ=90°α=β=γ=90°α=β=γ≠90°α=β=90°α=β=γ=90°α=γ=90°α≠β≠γ≠90°β≠90°纯铁的显微组织晶界、晶粒、取向初基晶体原子排列底心空间点阵、晶格晶胞体心纯铁金属的晶体结构面心晶胞空间点阵几何规律的基本空间单元，实际金属晶体中的缺陷一般取最小平行六面体。¢点

8、缺陷结构特征面心立方(fcc)体心立方(bcc)密排六方(hcp)点阵常数aaa,c(c/a=1.633)aac⎛⎞122原子半径R23⎜⎟+¢线缺陷aa442234⎜⎟⎝⎠晶胞内原子数426配位数12812致密度0.740.680.74¢面缺陷数量81212四面体间隙大小0.225R0.291R0.225R数量466八面体间隙0.154R<100>大小0.414R0.414R0.633R<110>金属材料的强化(硬化)机理粒子辐照引起晶格缺陷－导致材料