不同钼含量Ni–Cr–Mo–W–Al–Ti超级合金的微观结构演变及其力学性能研究——面向高温结构应用

熔盐核反应堆用Ni-Mo-Cr-W-Al-Ti合金经热轧和时效处理后，显微组织演变与力学性能优化研究。通过硬度测试、XRD、TEM及 indentation plastometry等方法，发现合金中Mo含量（6-18 wt%）显著影响γ'相和Mo/W-rich BCC粒子的形成，时效处理使硬度提升至520 HV并保持稳定，屈服强度达1.1-1.5 GPa（RT）和1.1-1.2 GPa（750°C），强化机制源于高体积分数细小稳定的γ'沉淀相。

　　

摘要

本文报道了一种新型Ni–Mo–Cr–W–Al–Ti超级合金的相变、微观结构演变及其力学性能，该合金被开发作为熔盐核反应堆的候选结构材料。研究了四种合金（UNT-1至UNT-4），它们含有6%至18%的Mo、6%至7%的W、3%至3.5%的Al以及1%至1.5%的Ti。这些合金经过铸造、均质化、热轧和空气冷却处理。通过在750°C下进行长达400小时的时效处理，采用硬度测试、X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜以及基于轮廓测量的压痕塑性测定（PIP）和室温及750°C下的小尺度拉伸试验对其进行了力学性能评估。轧制后经空气冷却的合金呈现出再结晶的等轴晶粒，晶粒尺寸随Mo含量的变化而变化。硬度范围为370至460 HV，其中较高的硬度值归因于轧后冷却过程中γ′相的析出。后续时效处理进一步提高了合金硬度，达到约520 HV，并且在400小时内保持稳定，硬度与Mo含量成正比增加。屈服强度非常高，在室温下约为1.1至1.5 GPa，在750°C下约为1.1至1.2 GPa。时效处理后，各合金的微观结构发生了显著变化，包括形成了SRO、LRO Ni?（MoCrW）、γ′-L??沉淀物、富Mo的BCC颗粒以及μ相和σ相，其中后两种相在富Mo合金中更为明显。所有合金的强化主要来源于大量细小且稳定的γ′相沉淀物。研究结果强调了Mo含量与Al和Ti添加对有序相形成及强化机制的影响。这些合金独特的微观结构特征和优异的力学性能凸显了它们满足下一代熔盐反应堆结构应用严苛要求的潜力。