一種高韌性抗輻照多基元合金及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及低溫環(huán)境領(lǐng)域和抗福照環(huán)境領(lǐng)域，具體設(shè)及一種高初性抗福照多基元 合金及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 低溫下存儲(chǔ)液化天然氣、氨氣和氧氣等低溫貶罐材料的選擇，一直是工業(yè)上較為 關(guān)注的問(wèn)題。另外，在一些熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆，其反應(yīng)堆的線圈盒和整個(gè)支撐系統(tǒng)也需要超 低溫材料，其中線圈盒的極限使用溫度為-269°c，其它部件的使用溫度也在-150°cw下。 目前，在該種極限環(huán)境中主要使用的316LN不誘鋼材料，據(jù)文獻(xiàn)（束潤(rùn)濤，陳方玉.核級(jí) 316LN純奧氏體實(shí)巧焊絲焊接的超低溫性能研究[J].現(xiàn)代焊接，2013, 12:28-32.)報(bào)道，核 級(jí)316LN純奧氏體焊縫，在液氮-196°C溫區(qū)，沖擊功為81. 8J ;據(jù)文獻(xiàn)（G巧ssel 0, Krilger L, Frommeyer G, Meyer LW. High strength Fe-Mn- (Al, Si)TRIP/TWIP steels develop ment-properties-application. International Journal of Plasticity. 2000 ; 16 (10-11) :1391-409.)報(bào)道，TWIP鋼在液氮-196°C溫區(qū)，沖擊功為80.8J。其次，在經(jīng)濟(jì)、高效、 清潔能源核電中，核裂變堆中存在大量的福射，具有很大的危害性，抗福照材料的選擇也 是核工業(yè)的重點(diǎn)研究方向，特別是超水臨界堆（Super critical water reactor, SCWR)、 事故容錯(cuò)燃料（Accident Tolerant化el, AT巧等概念的提出和設(shè)計(jì)，未來(lái)核燃料包殼 材料的福射劑量更高，給未來(lái)抗福照材料的選擇帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。因此，需要在 低溫材料領(lǐng)域W及抗福照材料領(lǐng)域需要選擇合適安全性高的材料。多基元合金合金 (Multiple-Based-Element Alloys，MBE alloys)是近年來(lái)發(fā)展的新型材料，類似于高滴合 金。通常，多基元合金被認(rèn)為是由=個(gè)W上的合金元素按照等原子比或近等原子比合金化， 其混合滴在烙點(diǎn)處可W克服混合洽的作用，即當(dāng)：〇〉1，一般傾向于形成多基元固溶體相的 一類合金。該里Q =Tm* ASmh/l AHmhI，表示合金凝固時(shí)多基元固溶體相的形成能力。 A Smh為混合滴，I A HmhI為混合洽的絕對(duì)值，Tm為多基元合金的烙點(diǎn)。多基元合金具有高 的混合滴，高混合滴能夠促進(jìn)無(wú)序多組元固溶體的形成，該種多組元固溶體各組元之間固 溶度大，無(wú)法區(qū)分固溶體中的溶劑組元和溶質(zhì)組元，稱之為超級(jí)固溶體。多基元合金也更多 地體現(xiàn)出了多種合金元素的集體效應(yīng)，使得多基元合金具有一些傳統(tǒng)合金無(wú)法比擬的優(yōu)異 性能，在工業(yè)生產(chǎn)方面具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值，超低溫高性能材料的選擇W及抗福照材 料的選擇和應(yīng)用，是未來(lái)相關(guān)工業(yè)重點(diǎn)發(fā)展的方向。
[0003] 現(xiàn)有的多基元合金的制備方法主要采用電弧烙煉和銅模吸鑄的方法，所獲得的多 基元合金鑄錠質(zhì)量在50g W下，鑄錠體積小，銅模吸鑄的體積也小，且操作復(fù)雜，使得多基 元合金未來(lái)的應(yīng)用范圍受到了限制，不利于未來(lái)工業(yè)大產(chǎn)品化方向的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為有效解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種高初性抗福照多基元合金及制備方法。
[0005] 一種高初性抗福照多基元合金，所述該多基元合金為面屯、立方固溶體結(jié)構(gòu)，合金 組分的原子比率表達(dá)式為AlxMCr化Ni，其中X為原子比率，0《X《50%，M是饑V、鋪Mn或 鉆Co中的任一種；
[0006] 進(jìn)一步地，所述M為純度在99.9%W上的饑V、鋪Mn或鉆Co中的任一種。
[0007] 進(jìn)一步地，相組成結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)單面屯、立方固溶體結(jié)構(gòu)。
[000引一種制備上述的多基元合金的制備方法，包括W下步驟：
[0009] 步驟1 ;先設(shè)計(jì)合金成分的原子比率表達(dá)式為Al,MCrFeNi，其中，X為原子比率， 0《X《50%，再按照原子比率換算成質(zhì)量比；
[0010] 步驟2:使用砂紙和砂輪機(jī)去除純度在99. 9% W上的冶金原料A1、M(V、Mn或Co 一種）、&、化和Ni的表面氧化皮，并使用工業(yè)己醇超聲波震清洗原料金屬，烘干，待用；
[0011] 步驟3 ;按照步驟1中設(shè)計(jì)好的原子比率表達(dá)式，選擇原子比率在步驟1中X范圍 內(nèi)金屬原料M中的任意一種，將步驟2中處理過(guò)的原料分別進(jìn)行精確稱量配比，總質(zhì)量在 1. 5kg ~5kg ;
[001引步驟4 ;將總質(zhì)量為1. 5kg~5kg的金屬原料，從真空磁懸浮烙煉爐的上腔體將部 分原料放入水冷銅相蝸中，其他原料放置在腔體預(yù)置處；
[001引步驟5:對(duì)真空磁懸浮烙煉爐的樣品室進(jìn)行抽真空，當(dāng)真空度達(dá)到5X1(T中a后，充 入工業(yè)氣氣直到爐內(nèi)壓力達(dá)到半個(gè)大氣壓，40kw、80kw、120kw階梯式功率感應(yīng)加熱，加熱時(shí) 間依次為2~3mins、4~5mins、7~8mins，多基元合金原料融化；
[0014] 步驟6;將放置在腔體預(yù)置處的多基元合金原料，加入已經(jīng)為融化狀態(tài)的多基元 合金原料中，再次進(jìn)行階梯式功率感應(yīng)加熱；
[0015] 步驟7 ;鑄錠倒置，待原料全部加入后，再反復(fù)烙煉2~3次，烙煉冷卻成合金錠， 該合金錠結(jié)構(gòu)主要為面屯、立方固溶體，所述合金錠為大尺寸多基元合金，質(zhì)量為1. 5kg~ 5kg。
[0016] 本發(fā)明的有益效果；本發(fā)明制成的高初性抗福照AlyMCr化Ni系多基元合金，合金 組分的原子百分比表達(dá)式為；AlxMCrFeNi，其中，0《X < 50at%，M是Co、Mn或V中的任一 種。該多基元合金為面屯、立方固溶體結(jié)構(gòu)，在初性和抗福照方面性能優(yōu)異，不存在初脆轉(zhuǎn)變 溫度。室溫下，沖擊功為294. 34J，而且溫度越低，沖擊初性越高，在液氮-196°C溫區(qū)，沖擊 功為371. 45J，較TWIP鋼的沖擊初性提高360%，較核級(jí)316LN純奧氏體鋼焊縫金屬提高 364%。在福照劑量為0~6(Mpa左右，該多基元合金的福照腫脹率較化-15化-20Ni不誘 鋼降低95. 8%。在低溫材料和抗福照材料方面都有廣闊的應(yīng)用前景。
[0017] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)勢(shì)在于：
[001引 （1)本發(fā)明的制備出的AlyMCr化Ni系多基元合金，不存在初脆轉(zhuǎn)變溫度，室溫 下，沖擊功為294. 34J，而且溫度越低，沖擊初性越高，在液氮-196°C溫區(qū)，該高滴合金的沖 擊功為371. 45J，TWIP鋼的沖擊功為80. 8J，核級(jí)316LN純奧氏體鋼焊縫金屬的沖擊功為 81. 8J。較TWIP鋼的沖擊初性提高360%，較核級(jí)316LN純奧氏體鋼焊縫金屬的沖擊初性提 高 364%。
[0019] (2)與現(xiàn)有奧氏體不誘鋼化-15化-20Ni (福照參數(shù)；化離子福照；6(Mpa福照劑 量；常溫）的抗福照腫脹率相比，抗福照腫脹率降低95.8%。本發(fā)明多基元合金福照參數(shù)： Au離子福照；劑量；56化a福照劑量；常溫。
[0020] (3)制備出的多基元合金體積可調(diào)，較傳統(tǒng)電弧烙煉和銅模吸鑄的方法，可W制備 出較大體積的多基元合金材料，利于未來(lái)工業(yè)大產(chǎn)品化方向的發(fā)展。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例中高初性抗福照多基元合金鑄錠示意圖；
[0022] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1合金福照前后X畑曲線示意圖；
[0023] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1合金福照腫脹率曲線示意圖；
[0024] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1合金沖擊功曲線示意圖；
[0025] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例1合金在RT(298K)、200K、77K S個(gè)溫度下沖擊斷口形貌圖；
[0026] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例2合金鑄態(tài)的X畑曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[002引相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修 改、等效方法W及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對(duì)本發(fā)明有更好的了解，在下文對(duì)本發(fā)明的細(xì) 節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)沒(méi)有該些細(xì)節(jié)部分的 描述也可W完全理解本發(fā)明。
[0029] 本發(fā)明提供了一種高初性抗福照多基元合金及制備方法，制成的Al,MCr化Ni系 多基元合金，合金組分的原子百分比表達(dá)式為；Al,MCrFeNi，其中，0《X < 50%，M是Co、 Mn或V中的任一種。該多基元合金為面屯、立方固溶體結(jié)構(gòu)，在初性和抗福照方面性能優(yōu) 異，不存在初脆轉(zhuǎn)變溫度，室溫下，沖擊功為294. 34J，而且溫度越低，沖擊初性越高，在液 氮-196°C溫區(qū)，沖擊功為371. 45J，較TWIP鋼的沖擊初性提高360%，較核級(jí)316LN純奧氏 體鋼焊縫金屬提高364%。在福照