摘 要

本次毕业设计的课题是Si添加对ODS合金组织和性能的影响。本次毕业设计论文简要介绍了核聚变反应堆现状和其结构材料的研究情况。然后，论文对ODS钢的加工工艺做出了总结。基于以上的工作，本次毕业设计通过机械合金化（MA）制备所需要的混合合金粉末，之后，通过氢气还原退火、模压成型和真空烧结工艺得到14-ODS铁素体钢。然后使用相对密度测试、硬度测试、拉伸试验、氧化实验、X射线衍射分析（XRD）、光学显微分析（OM）、扫描电子显微分析（SEM）和能谱分析（EDS）等，探寻MA时间参数、烧结温度和硅含量对合金室温组织性能的影响。

主要结果表明：在通过QM-ISP行星球磨机进行球磨粉末的过程中得到的结论是：采用文中设置的参数可以达到预期目标。即最后各元素粉末可以固溶入基体中，且与设计成分相当接近；在研究Si元素对合金相对密度的影响时得到的结论是：在Fe-14Cr-2.5W-O.4Ti-O.3Y₂O₃（wt%）合金中添加Si元素可以带来材料致密度的显著提升；在研究合金的力学性能时得到的结论是：添加3wt%Si元素粉末，在1300°C烧结后得到的合金冷却至室温后的力学性能最佳。

关键词：铁素体钢;工艺参数;Si元素;力学性能；固溶强化；烧结

Abstract

The graduation project is the subject of Si addition on ODS organization and properties of the alloy. The graduation thesis briefly introduced the status of research in nuclear fusion reactors and their structural materials. Next , the processing technology of ODS steel has been summarized in this paper. Based on the above work, superalloy powders were prepared by MA in this graduation project, then the 14-ODS ferrite steels were prepared by annealing, compacting and sintering. MA parameters, organization and influence of sintering temperature and properties of Si was added in this temperature superalloys and oxidation behavior were studied, by means of relative density test, hardness test, tensile test, oxidation test, X–ray diffraction analysis (XRD), optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM) and energy depressive analysis (EDS).

The main results show that: In powders by ball milling QM-ISP planetary ball mill process to the conclusion as follows: The desired objectives can be achieved by using set parameters in the text. Finally, each element powder can be solid dissolved matrix. And it is very closed to the design of components. In the study of the effect of Si element on the relative density of the alloy as follows：Addition of Si elements in Fe-14Cr-2.5W-O.4Ti-O.3Y2O3 (wt%) alloys can bring significant increase in the density of the materials. In the study of the mechanical properties of the alloy conclusion as follows: Add 3wt% Si elemental powders, the mechanical properties of the alloy is best after cooled to room temperature in the 1300 ° C sintered.

Key Words: Ferritic steel; Process parameters;Si elements; Mechanical properties; Solid solution strengthening; Sintering

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

1 绪论 1

1.1研究背景、目的及意义 1

1.2核聚变堆及聚变堆结构材料研究现状 3

1.3目的、内容和技术方案 5

2 实验方法、设备及测试 6

2.1 实验原料 6

2.2实验方法及设备 6

2.3性能及组织分析方法 10

3 Si含量对14Cr-ODS铁素体钢组织和性能的影响 12

3.1 过程简介 12

3.2 实验结果及分析 13

4总结 20

致谢 21

参考文献 22

1 绪论

1.1研究背景、目的及意义

ODS合金是在马氏体钢和铁素体钢的基础上形成，它可以承受高中子通量，是一种理想的反应堆外壳材料。 因为ODS合金的体立方中心晶体结构，它的基体会形成有弥散性质的“柯氏气团”，可以形成坚固的强化态，最终具有抗高温蠕变的性能。本次毕业设计通过添加Si元素，拟优化14Cr-ODS合金组织与性能，并研究不同含量Si对合金组织与性能的影响。

改革开放之后，中国的国民生产总值不断增加。但是，在这个过程中也暴露出了许多问题。尤其是中国缺少一次能量来源，这使得中国国民的生产生活严重依靠国外的能源售卖情况，给中国带来了极大的困扰。

整个地球都知道，中国缺少化石能源。我国对于石油有着悠久的使用历史，最早可以追溯到宋代。但是，我国在20世纪有贫油国的称号，后来虽然通过开发大庆油田、胜利油田一举摘掉了这个帽子，但是，任然难以改变我国缺少石油的现状。自进入21世纪以来，我国的石油缺口不断加大，每年需要进口的石油占到了需要的一半以上，如此高的对外依存度，使得我国的经济对于国际市场的油价波动反应敏感，每当油价大起大落的时候，我国的经济也好想坐了过山车一样，起伏不定，给人民的生产生活带来了极大的不便。更为重要的是，石油作为一种战略性的资源，长期的对外依存给国防带来了非常大的隐患。当遇到了紧急时刻的时候看，敌人必然会通过威胁我国的石油运输线来迫使我国就范。对于我国来说这是非常的危险和急迫的事情，我国距离当今世界主要的能源产地非常遥远，路途之上途径许许多多的国家和地区，而以目前的情况，一旦发生危机，将十分的被动。因此，解决石油能源问题是一项任重而道远的工作。

煤炭在中国的初级能源中扮演着非常重要的角色，在中国的能源生产源头消耗中占有极大的地位，煤炭在我国具有着非常重要的地位，我国的电力能源主要来自于火力发电，其所产生的电力占到了电力总和的60%以上。在南方中国，水力资源丰富，有着几条大江大河以及数个大型湖泊。但是，相对于中国人口那庞大的电力需求，其所产生的电力仍然不够用，火力发电所产生的电能依然处于不可替代的地位。在2008年，中国南方遭遇50年一遇的特大冰雪灾害，湖北、湖南、江西等省的火力发电厂煤炭存量即将消耗一空，不够几天之用，个别地方煤炭库存已经见底。在这个紧急的时刻，通过铁路和海洋调运了数量巨大的煤炭，才保证了居民用电和取暖的需求。这仅仅只是因为雪灾导致的煤炭不能及时的运到目的地。中国重要的煤炭能源产地有陕西、山西、河南、新疆、内蒙古和贵州等地。但是，经过这么长时间的开采，这些化石能源在未来的五十到一百年之内都将会被开采完毕，到时我国将会爆发重大的化石能源危机，使得中国的经济生产和国防不能正常进行，在国际上处于异常危险的境地。因此，我国不仅要尽可能的节约能源，还要及早的开发新能源，以保卫未来中国的安全。