【摘 要】
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低活化铁素体/马氏体(Reduced Activation Ferritic-Martensitic,RAFM)钢凭借良好的抗辐照性能、较高的热膨胀系数和优异的综合力学性能以及很好的热加工能力,成为了核聚变反应堆包层结构的首选材料。但因其长期处于高温高压和高能中子辐照的环境中,很容易出现析出相粗化,辐照脆化、硬化和肿胀等缺陷。为解决以上问题,本研究做了以下工作:采用模拟仿真和物理实验相结合的方法开
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目,基金编号:51875158;
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低活化铁素体/马氏体(Reduced Activation Ferritic-Martensitic,RAFM)钢凭借良好的抗辐照性能、较高的热膨胀系数和优异的综合力学性能以及很好的热加工能力,成为了核聚变反应堆包层结构的首选材料。但因其长期处于高温高压和高能中子辐照的环境中,很容易出现析出相粗化,辐照脆化、硬化和肿胀等缺陷。为解决以上问题,本研究做了以下工作:采用模拟仿真和物理实验相结合的方法开展了闭塞式双通道转角挤压(C-DECAP)低活化钢研究,模拟获得了不同道次特征区域变形路径对累积应变的作用规律。采用OM、SEM和TEM和XRD等分析测试手段,揭示了各特征区域变形路径对低活化钢微观组织和沉淀相的作用机理与演化规律。最后结合材料变形前后室温力学性能变化建立了屈服强度和微观组织关联模型,获得了不同强化机制对低活化钢屈服强度的贡献程度。通过有限元模拟确定了当加载速度为0.5 mm/s、模具圆角为1 mm时材料表面损伤最小。根据变形方式和累积应变分布可将变形试样分为四个区域:头部小变形区、伸长大变形区、剪切大变形区和尾部小变形区,单道次变形后平均等效应变分别为0.37、1.63、1.43和0.83。在Bc路径下,随着变形道次的增加,各特征区域之间的交叉作用逐渐增强,累积应变分布逐渐均匀。研究获得了低活化钢闭塞式双通道转角挤压变形微观组织的演变规律,发现变形试样晶粒尺寸随变形道次的增加逐渐降低,经四道次变形头部、伸长、剪切和尾部区分别细化至0.93μm、0.68μm、0.71μm和0.88μm(初始试样平均晶粒尺寸为3.16μm)。头部和尾部区内M23C6相尺寸随变形道次的增加逐渐降低,四道次时分别降至97.14和97.12 nm;伸长和剪切区内M23C6相在三道次变形后平均尺寸和体积分数最小,分别为85.46 nm、1.93%和86.41 nm、2.13%,四道次时由于晶界迁移导致M23C6相粗化至94.15 nm和96.79 nm,体积分数分别为2.31%和2.61%。随变形道次的增加头部和尾部MX相平均直径先降低后增加,三道次时达到最小值,分别为31.12和32.36 nm;体积分数呈先增加后降低趋势,三道次时达到最大值,分别为1.54%和1.61%。伸长和剪切区MX相平均直径四道次时最低,分别为29.17 nm和28.56 nm;体积分数在四道次时最高为1.52%和1.67%。研究获得了低活化钢变形宏观力学性能随变形道次的变化规律,发现随变形道次的增加显微硬度和屈服强度均呈增加趋势。四道次变形后头部、伸长、剪切和尾部变形区显微硬度分别增加至300.2 HV、343.1 HV、338.5 HV和312.8 HV,屈服强度分别为872.1 MPa、1093.31 MPa、1021.14 MPa和901.18MPa(初始试样显微硬度227.1 HV;屈服强度625.1 MPa)。此外,通过对变形前后材料强化机制分析表明,细晶强化和析出强化是低活化钢C-DECAP变形过程中的主要强化机制。
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