【摘 要】
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氧化物弥散强化（Oxide Dispersion Strengthened,ODS）FeCrAl合金被认为是第四代裂变反应堆,尤其是快中子反应堆中核燃料包壳的候选材料之一,因合金内部存在大量弥散分布的纳米尺寸析出相、高密度的位错以及亚微米级的晶粒,ODS-FeCrAl合金具备了优良的高温力学性能和、优异的抗辐照性能和抗腐蚀能力。但高Cr的ODS-FeCrAl合金在高温和辐照条件下会生成富Cr的脆性
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（51871044和51471049）；
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氧化物弥散强化（Oxide Dispersion Strengthened,ODS）FeCrAl合金被认为是第四代裂变反应堆,尤其是快中子反应堆中核燃料包壳的候选材料之一,因合金内部存在大量弥散分布的纳米尺寸析出相、高密度的位错以及亚微米级的晶粒,ODS-FeCrAl合金具备了优良的高温力学性能和、优异的抗辐照性能和抗腐蚀能力。但高Cr的ODS-FeCrAl合金在高温和辐照条件下会生成富Cr的脆性相。因此发展低Cr/高Al的ODS合金成为研究热点之一。本文通过机械合金化（MA）和热等静压（HIP）制备了 7种低Cr/高Al的ODS-FeCrAl合金,包含了 5Cr-xAl（x=4.5、5.0、5.5、6.0wt%）ODS 合金和 yCr-6.0Al（y=5、9、12、15 wt%）ODS合金两种体系。通过SEM、EBSD、TEM等方法研究了不同Al和Cr含量对ODS合金的微观组织与力学性能的影响。主要的研究结论如下:（1）金属粉在机械合金化50 h后达到了完全固溶的状态。Al和Cr含量对合金粉的平均尺寸影响不显著。（2）在5Cr-xAl ODS合金中,大尺寸（>20nm）析出相主要是Al2O3,Al含量对大尺寸析出相的平均直径和数密度有明显的影响:随着Al含量的提高,大尺寸析出相的平均直径分别是37.4nm、38.6nm、42.6 nm和45.9nm,而数密度依次是1.4×1020/m3、2.0×1 020/m3、2.6×1020/m3 和 3.4×1020/m3。在 yCr-6.0Al ODS 合金中,随着 Cr 含量的提高,大尺寸析出相的平均直径变化不大,但大尺寸析出相的数密度有所减小,分别是3.4×1020/m3、2.5×1020/m3、2.4×1020/m3、2.0×1020/m3。（3）在7种低Cr/高Al的ODS-FeCrAl合金中小尺寸（<20 nm）纳米析出相主要是Y4Zr3012相和Y2TiO5相,还有少量的Y3Al5O12相。在5Cr-xAl ODS合金中,随着Al含量的提高,小尺寸纳米析出相的平均直径依次是5.3 nm、5.6 nm、6.0 nm和6.3 nm,其数密度是先增大后减小的,5Cr-5.5Al合金的数密度最大,为4.7×1022/m3。在yCr-6.0Al ODS合金中,随着Cr含量的提高,小尺寸纳米析出相的平均直径分别是6.3 nm、6.5 nm、6.4 nm 和 6.6 nm,且数密度分别是 2.9×1022/m3、3.1 ×1022/m3、3.7×1022/m3、4.3×1022/m3。（4）在5Cr-xAl ODS合金中,随着Al含量的提高,ODS合金中晶粒的平均直径先减小后增大,分别是1.64 μm、1.33 μm、1.21 μm和2.44μm,其中5Cr-5.5Al合金的平均晶粒尺寸最小。在yCr-6.0Al ODS合金中,随着Cr含量的提高,ODS合金中晶粒的平均直径一直减小,依次是2.44μm、0.99μm、0.87μm和0.72μm,其中5Cr-6.0Al合金的平均晶粒尺寸最大,而15Cr-6.0Al合金的平均晶粒尺寸最小。（5）在5Cr-xAl ODS合金中,随着Al含量的提高,平均硬度值是先增大后减小的,依次是 381 HV、412 HV、446 HV、441 HV;在 yCr-6.0Al ODS 合金中,Cr 含量有提高ODS合金硬度的作用,其平均硬度值分别是441 HV、487HV、492HV和569 HV。（6）7种低Cr/高Al的ODS-FeCrAl合金表现出优良的室温抗拉强度。在5Cr-xAl ODS合金中,随着A1含量的提高,ODS合金的室温抗拉强度先增加后降低,分别是1209 MPa、1273 MPa、1417 MPa 和 1148 MPa,而延伸率依次是 12.4%、9.6%、8.6%和 8.1%;5Cr-xAl ODS合金在600℃拉伸时表现出良好的抗拉强度和塑性;700℃拉伸的抗拉强度随着Al含量的提高而一直增大,其中5Cr-6.0Al合金的700℃抗拉强度最大,为539 MPa。在yCr-6.0Al ODS合金中,室温抗拉强度值依次是1148 MPa、1222 MPa、1253 MPa和1386 MPa;随着Cr含量的提高,高温拉伸的抗拉强度先降低后升高,其中合金在600℃的抗拉强度分别是647 MPa、589 MPa、538 MPa和890 MPa,在700℃的抗拉强度是539 MPa、451 MPa、416 MPa 和 587 MPa。
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