CoAl相强化FeCrAl基ODS合金的研究
批准号:
52074032
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
章林
依托单位:
学科分类:
粉末冶金与粉体工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
章林
中文摘要
针对铁素体ODS合金缺乏有效的高温有序强化相的问题,本项目提出在抗氧化性优异的FeCrAl基体中引入新型B2-CoAl相进行析出强化,开发兼具优异高温力学性能和抗氧化性的耐事故容限型ODS合金的新思路,重点解决沉淀相和基体相结构精确调控的难题。拟通过合金化设计降低有序相的错配度和析出势垒,形成低能相界面以提高其热稳定性;通过Co元素含量调控α-Fe/γ-Fe相转变温度,在热处理过程中促成马氏体相变,并利用相转变调控“硬-软”复合结构以实现背应力强化和合金韧性的改善。研究合金元素和热处理条件对有序相的相组成、形状和尺寸等的影响规律,掌握沉淀相析出和演变规律及相界面调控技术,揭示合金化设计原理和相平衡热力学条件、以及高强度合金的强韧性匹配机理,建立CoAl相强化FeCrAl基ODS合金组织性能调控的工艺原理和技术基础,为ODS合金新型强化相的开发及多相强化合金的强韧化技术提供思路和借鉴。
英文摘要
In view of the lack of effective ordered strengthening phase at elevated temperatures, this research project intends to introduce B2-CoAl phase into FeCrAl matrix with the aim to develop a new accident tolerant alloy with both high performance and excellent oxidation resistance. The main focus is on the accurate controlling of the phase structure of the precipitates and matrix. The lattice misfit and precipitation barrier are reduced based on alloying design, and the stability of the precipitates are enhanced by the formation of low energy phase interface. The phase transformation temperature of α-Fe/γ-Fe is adjusted by the content of Co, which promotes the martensitic transformation during heat treatment. At the same time, the “hard-soft” composite structure is adjusted by controlling the phase transformation, facilitating back stress strengthening effect and the amelioration of alloy toughness. The influence of alloying elements and heat treatment condition on the constituent, morphology and size of the ordered phases is investigated. The precipitation and evolution of intermetallic phase, as well as the controlling technology of phase interface are revealed. The design principle, thermodynamics of phase equilibrium and the matching between strength and ductility of high strength alloy are elucidated. The theory and technical fundaments for the controlling of microstructure and mechanical properties of CoAl strengthened FeCrAl based ODS alloy are established. The work provides some ideas and references for the development of new strengthening phases of ODS alloys and the strengthening and toughening technology of multi-phase strengthened ODS alloys.
设计出纳米沉淀与纳米氧化物共强化铁素体ODS合金,在FeCrAl基体中引入B2-CoAl有序相,并叠加马氏体相变强化和背应力强化机制以提升合金的高温力学性能,开发兼具优异的高温力学性能和抗氧化性能的耐事故容限型FeCrAl基ODS合金。并开发出“高能球磨+热等静压”制备技术,阐明了机械合金化工艺参数和粉末原料对合金粉末结构非晶化及粉末杂质氧含量的影响规律,得出杂质氧控制的关键因素;阐明了机械合金化过程中的氧化物的溶解-析出机制及双峰晶粒的形成机制。掌握了沉淀相析出行为与精确调控方法。固溶处理后,元素偏析现象得到改善,1200℃处理的合金组织均匀,随着时效温度的提高,相转变动力学增加,铁素体所占体积分数和沉淀的粒径均增加。利用Cr、Ti元素调控沉淀相的相组成,并调节沉淀相/基体晶格错配。Cr元素偏聚与沉淀相/基体界面,减小晶格错配。Ti参与沉淀相的形成,使B2-CoAl相在时效过程中转变为晶格错配较大的Co2AlY相(Y=Ti、Zr等),形成CoAl-Co2AlY复合析出相,起到调节晶格错配的作用。探明了等温时效过程中合金的相变过程及纳米沉淀的热力学稳定性。等温时效过程中,亚稳态的奥氏体向铁素体转变,至600h后铁素体所占比例高达99.8%。随着时效时间的延长,合金的屈服强度和抗拉强度逐渐增加,在240h时达到峰值,分别为1032MPa和1592MPa。合金700℃拉伸的屈服强度为338MPa,表现出良好的热力学稳定性。掌握了纳米氧化物粒子对合金相结构、显微组织及力学性能的影响。Y2Zr2O7和Y4Zr3O12纳米氧化物分布在基体中,粒径为5-20nm。时效过程中,纳米氧化物的异质形核作用促使NiAl沉淀在奥氏体向铁素体转变发生前析出,由于与基体的不共格关系而呈短棒状或针状。探明了合金强韧化方法。添加Ti元素有效提高了合金的强度,Ti参与沉淀的生成,使得NiAl相转变为NiAl/Ni2AlTi层级沉淀或单一的Ni2AlTi沉淀。沉淀结构的变化使得沉淀的形貌从近球状转变为矩形。合金的室温拉伸屈服强度为978MPa,极限抗拉强度为1566MPa,室温延伸率为4.9%。700℃拉伸的屈服强度高达为385MPa,表现出优异的室温和高温力学性能。
粉末冶金铁素体超合金中纳米析出相演变与协同强化机制
-
批准号:51574029
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:63.0万元
-
批准年份:2015
-
负责人:章林
-
依托单位:
γ'相和纳米复合氧化物强化新型钴基ODS合金的研究
-
批准号:51104007
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:25.0万元
-
批准年份:2011
-
负责人:章林
-
依托单位:
国内基金
海外基金