204 工程科学学报，第44卷，第2期 10-9 Threshold stress (a) (b) Climb direction Ldy 10-1 Slip direction Solid solution Ni-20Cr d Additivity rule 10 Glide plane xy LR 10-7 -Dislocation climbs stress;-Dislocation glides stress;b-Burgers oODS Ni-20Cr-2ThO, vector,r-Particle radius;L-Particle separation distance 10-9 10-4 103 10-2 图11刃型位错攀移球形颗粒的示意图.(a)主视图：(b)顶视图网 a./G Fig.11 Climb of an edge dislocation over a spherical particle:(a)main -Steady-state uniaxial strain rate;A-Boltzmann constant; view;(b)top view T-Temperature;D-Lattice self-diffusion coefficient;G-Shear 得应力网，说明这三者并非简单的线性相加.进一 modulus;b-Burgers vector,o-Uniaxial steady-state stress. 步研究三者的影响范围与作用方式仍然是掌握 图9同成分ODS合金与非ODS化合金的蠕变阔值应力示意图4网 ODS合金蠕变机制的重点 Fig.9 Schematic of creep threshold stress of the same composition ODS alloy and non-ODS alloys 目前关于ODS-FeCrAl合金蠕变性能的相关 研究还比较少，但是有一点是明确的，即ODS合 10° 金的成分设计明显影响其内部弥散粒子的尺寸和 950℃ 10-3 5351050℃● 数密度，进而影响蠕变强度Is.Kamikawa等分别 10- 900℃ 对不含Al的ODS-FeCr与含Al的ODS-FeCrAl以 50 及通过添加Zr改性的ODS-FeCrAl合金蠕变性能 进行了研究，如图12所示)，该研究中样品的各 统计数据见表1.可以看出只添加A1会导致蠕变 10-7 性能的明显下降，而这一点在添加Zr后得到了显 ●MA956 a 著改善，其蠕变性能达到了以Y-T-O颗粒为弥散 109 ■PM2000 白 体系的ODS-FeCr合金的水平.这主要源于添加 10 ■900℃ Zr后ODS-FeCrAl合金微观结构的改变.需要指 10-" 417 出的是，与其他高强度合金类似，ODS-FeCrAl合 10- 40 50 607080.100120160200 金强度提高的同时，通常伴随其塑韧性的损失 Stress/MPa 图10ODS-FeCrAl合金MA956与PM2000蠕变速率与突变应力关系网 ODS-FeCrAl合金的强韧性调控和管材加工，及其 Fig.10 Creep rate vs stress for as-recrystallized iron-based ODS alloys 大批量制备过程中成分和组织的均匀性控制都是 and for dispersoid-free alloy Kantha 将来需要解决的重要工程应用问题， (a) (b) (c) 20 nn S0 nm 20 nm 图12不同种类氧化物弥散颗粒的铁素体ODS钢TEM照片.(a)YAl样品：(b)YTi样品：(c)YZr样品刚 Fig.12 TEM photos of ferritic ODS steel with different kinds of oxide dispersed particles:(a)YAl sample,(b)YTisample,(c)YZr sample得应力[79] ，说明这三者并非简单的线性相加. 进一 步研究三者的影响范围与作用方式仍然是掌握 ODS 合金蠕变机制的重点. 目前关于 ODS−FeCrAl 合金蠕变性能的相关 研究还比较少，但是有一点是明确的，即 ODS 合 金的成分设计明显影响其内部弥散粒子的尺寸和 数密度，进而影响蠕变强度[80] . Kamikawa 等分别 对不含 Al 的 ODS−FeCr 与含 Al 的 ODS−FeCrAl 以 及通过添加 Zr 改性的 ODS−FeCrAl 合金蠕变性能 进行了研究，如图 12 所示[81] ，该研究中样品的各 统计数据见表 1. 可以看出只添加 Al 会导致蠕变 性能的明显下降，而这一点在添加 Zr 后得到了显 著改善，其蠕变性能达到了以 Y−Ti−O 颗粒为弥散 体系的 ODS−FeCr 合金的水平. 这主要源于添加 Zr 后 ODS−FeCrAl 合金微观结构的改变. 需要指 出的是，与其他高强度合金类似，ODS−FeCrAl 合 金强度提高的同时，通常伴随其塑韧性的损失. ODS−FeCrAl 合金的强韧性调控和管材加工，及其 大批量制备过程中成分和组织的均匀性控制都是 将来需要解决的重要工程应用问题. 10−6 10−5 10−4 10−3 10−2 10−1 10−9 10−8 10−7 10−11 10−10 10−12 Minimum deformation rate/s−1 40 50 60 70 80 100 120 160 200 Stress/MPa Kanthal 1000 ℃ 1050 ℃ 950 ℃ 900 ℃ 900 ℃ σth 3.5 50 175 17 MA956 PM2000 图 10 ODS−FeCrAl 合金 MA956 与 PM2000 蠕变速率与突变应力关系[76] Fig.10 Creep rate vs stress for as-recrystallized iron-based ODS alloys and for dispersoid-free alloy Kanthal[76] (a) (b) Climb direction Slip direction Glide plane xy σn x τ z dz dy dy Ldy L/2 2rs y,b σn—Dislocation climbs stress; τ—Dislocation glides stress; b—Burgers vector; rs—Particle radius; L—Particle separation distance 图 11 刃型位错攀移球形颗粒的示意图. （a）主视图；（b）顶视图[77] Fig.11 Climb of an edge dislocation over a spherical particle: (a) main view; (b) top view[77] (a) (b) (c) 20 nm 50 nm 20 nm 图 12 不同种类氧化物弥散颗粒的铁素体 ODS 钢 TEM 照片. （a）YAl 样品；（b）YTi 样品；（c）YZr 样品[81] Fig.12 TEM photos of ferritic ODS steel with different kinds of oxide dispersed particles: (a) YAl sample; (b) YTi sample; (c) YZr sample[81] 10 Threshold stress −9 10−4 10−3 10−2 10−11 10−13 10−15 10−17 10−19 Solid solution Ni−20Cr Additivity rule ODS Ni−20Cr−2ThO2 σss/G εsskT/DsdGb · εss—Steady-state uniaxial strain rate; k—Boltzmann constant; T—Temperature; Dsd—Lattice self-diffusion coefficient; G—Shear modulus; b—Burgers vector; σss—Uniaxial steady-state stress. 图 9 同成分 ODS 合金与非 ODS 化合金的蠕变阈值应力示意图[74−75] Fig.9 Schematic of creep threshold stress of the same composition ODS alloy and non-ODS alloy[74−75] · 204 · 工程科学学报，第 44 卷，第 2 期