含纳米团簇的铁素体合金高温强化与断裂机理研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

位置：立项数据库 > 立项详情页

含纳米团簇的铁素体合金高温强化与断裂机理研究

项目名称：含纳米团簇的铁素体合金高温强化与断裂机理研究
项目类别：面上项目
批准号：11172094
申请代码：A020301
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2012-01-01-2015-12-31

项目负责人：方棋洪
负责人职称：副教授
依托单位：湖南大学
批准年度：2011

中文摘要：

纳米团簇强化的铁素体合金是用于制造聚变堆第一壁很有希望的候选材料。本项目以Y-Ti-O纳米团簇强化的细晶铁素体合金为研究对象，利用现代检测、分析设备和技术，对纳米团簇的分布、形貌、尺寸、界面微结构等参数进行表征。采用计算与实验测试相结合的方法，研究微结构（纳米团簇、超微孔隙、晶界等）参数以及温度与材料高温屈服强度的定量关联；揭示纳米团簇强化铁素体合金高温蠕变门槛应力的来源；建立铁素体合金Y-Ti-O纳米团簇特征与材料高温力学性能关系的本构方程和物理模型，获得纳米团簇高温强化新机制。研究不同应力条件下微观缺陷（微裂纹、孔隙等）高温形核的主要位置和导致材料失效的模式以及纳米团簇特征与晶粒尺寸对其的影响规律；揭示高温下微裂纹和孔隙形核与扩展的微观机制。在上述研究基础上，建立预测铁素体合金微结构尺寸与温度依赖的断裂韧性的解析预测模型。为理解纳米结构铁素体合金高温蠕变行为和断裂破坏机制提供科学依据。

中文主题词：纳米团簇；位错；蠕变；断裂韧性；铁基合金

英文摘要：

nanoclusters；dislocations；creep；fracture toughness；ferritic alloys

英文主题词： nanoclusters；dislocations；creep；fracture toughness；ferritic alloys

结论摘要：

纳米氧化物弥散强化铁素体合金中含有大量的纳米Y-Ti-O 粒子，可以作为辐射缺陷的吸收阱和强烈地钉扎位错提高蠕变性能等作用。因此，建立定量模型研究位错与不同尺度微结构的高温交互作用及其对材料高温强度的影响规律是理解该类材料高温蠕变行为与优化合金设计的有效途径。本项目利用现代检测、分析设备和技术，对细晶铁素体合金的纳米团簇分布、形貌、尺寸、界面微结构等参数进行表征。采用计算与实验测试相结合的方法，研究微结构（纳米团簇、超微孔隙、晶界等）参数以及温度与材料高温屈服强度的定量关联；建立铁素体合金Y-Ti-O纳米团簇特征与材料高温力学性能关系的本构方程和物理模型。研究不同应力条件下微观缺陷（微裂纹、孔隙等）高温形核的主要位置和导致材料失效的模式以及纳米团簇特征与晶粒尺寸对其的影响规律；揭示高温下微裂纹和孔隙形核与扩展的微观机制。在上述研究基础上，建立预测铁素体合金微结构尺寸与温度依赖的断裂韧性的解析预测模型。主要成果为，1）研究了纳米析出强化铁基合金的高温蠕变性能。揭示了无穷远外载、温度、纳米析出尺寸、滑移平面高度和界面效应等对纳米析出强化铁基合金的蠕变率的影响机制。2）研究了铁基合金中I型裂纹尖端附近的特殊扭转变形与晶粒尺寸对材料断裂韧性的综合影响。分析表明，特殊扭转变形和裂纹尖端的位错可以使纳米晶体材料的有效断裂韧性增加数倍。同时，材料的断裂韧性依赖于晶粒尺寸，且存在一个理想晶粒尺寸使得材料的断裂韧性最佳。上述研究成果为理解纳米结构铁素体合金高温蠕变行为和断裂破坏机制提供了科学依据。

成果综合统计