第5期 郭丽娜等：氧化物弥散强化钢的强化机理 ·587· 优良的高温强度，但塑性和冲击性能较差，如何 及Zeiss Supra55型场发射扫描电镜(FE-SEM)对合 在保持合金高强度的基础上提高材料的塑性和冲击 金显微组织以及氧化物进行形貌观察和尺寸统计 韧性是目前研究的热点A-).采用乙二胺四乙酸 根据GB/T228一2002金属材料的室温拉伸试验方 (EDTA)络合溶胶-凝胶法向预合金中添加Y2O3制 法加工出直径为6mm、标距长为30mm的标准 备出的12C-ODS钢具有优异的室温和高温拉伸性 拉伸试样，在室温进行测试，实验所采用的设备为 能、较低的韧脆转化温度以及良好的抗辐照肿胀性 MTS810万能电子拉伸试验机，拉伸速率为10-3 能I6-州. s-1 然而，目前关于人工弥散质点强化合金的强化 2结果与讨论 机理还不清楚，质点钉扎位错Orowan弓弯理论和 斥力位错攀移理论，其假设都是确立在尺寸相同质 2.1组织观察 点均匀分布的情况下，而乙二胺四乙酸络合溶胶 12Cr-ODS铁素体钢的透射电镜图片如图1所 凝胶法添加氧化物制备出的氧化物弥散强化材料最 示.从图1(a)中可以看出，12Cr-0DS铁素体钢为 突出的特点是获得不同尺寸均匀分布的质点，因此 细小的铁素体等轴晶粒，平均晶粒尺寸约为1.5m. 上述理论的前提与乙二胺四乙酸络合溶胶凝胶法 从图1(b)中可以看出，氧化物在基体中分布的比较 添加氧化物制备出的氧化物弥散强化合金相左.本 均匀，多分布在晶粒内部 文在研究了12Cr-ODS铁素体钢的组织及力学性能 12Cr-ODS铁素体钢中，强化相主要有Y2O3、 的基础上，对其强化机制进行了探索 TiO2和Y2Ti20,三种，氧化物颗粒尺寸分布 范围很宽，从10~500nm范围内都存在氧化物颗 1实验方法 粒，如图2()所示.在测量氧化物尺寸分布时， 1.1材料制备工艺 发现氧化物在30~50nm(如图2(b)所示)、80100 试样化学成分为Fe-12.5Cr-2.5W-0.4Ti-0.02V- nm(如图2(c)所示)和200nm(如图2(d)所示) 0.4Y203(质量分数，%).母合金经真空感应炉熔炼， 附近共存三个尺寸峰值分布.因此将尺寸小于50 用氮气雾化喷粉，筛分出粒度为50~150m的预合 nm的氧化物颗粒统计为40nm的粒子，称为小 金粉末，采用乙二胺四乙酸络合溶胶，凝胶法向预 尺寸氧化物颗粒(small particles,简称S),体积分 合金粉末中添加Y2038例.含有Y203的复合粉末装 数fs=0.184%,这些小尺寸氧化物多分布在晶粒内 入不锈钢包套，真空去气后封焊，经1160℃、130 部：50~100m的氧化物统计为90nm的粒子，称为 MPa及3h热等静压致密化成型，再经锻造加工成 中等尺寸氧化物颗粒(medium particles,简称M), 棒，在1100℃固溶退火1h后空冷 体积分数fM=0.541%,这些中等尺寸的氧化物在基 1.2测试方法 体中分布的比较均匀，颗粒形状也较规则：尺寸在 固溶处理后的12Cr-ODS铁素体钢切成1.5mm 100~500nm的氧化物统计为200nm的粒子，称为 厚薄片磨制抛光冲成中3mm圆盘状试样，经双喷电 大尺寸氧化物颗粒(big particles,简称B),体积分 解减薄制成透射电镜(TEM)用样品，用JEI-2000 数B=0.17%.三个尺寸分布的氧化物体积分数达 型透射电镜(TEM)、超高压电子显微镜(HVEM)以 f=0.895%. 600nm 200nm 图112Cr-ODS钢的显微组织.(a)晶粒组织：(b)Y2O3分布 Fig.1 Microstructures of 12Cr-ODS steel:(a)grains;(b)distribution of yttria dispersoids第 期 郭丽娜等 氧化物弥散强化钢的强化机理 优 良的高温 强度 , 但塑性和冲 击性 能较差 , 如何 在保持合金高强度的基础上提高材料的塑性和冲击 韧性 是 目前研究 的热点 “一引 采用 乙二胺 四乙酸 络合溶胶 凝胶法向预合金中添加 、制 备出的 一 钢具有优异 的室温和高温拉伸性 能 、较低的韧脆转化温度 以及 良好 的抗辐照肿胀性 能 ,一” 然而 , 目前关于人工弥散质点强化合金的强化 机理还不清楚 , 质点钉扎位错 ' , 弓弯理论和 斥力位错攀移理论 , 其假设都是确立在尺寸相 同质 点均匀分布的情况下 , 而乙二胺 四乙酸络合溶胶 凝胶法添加氧化物制备出的氧化物弥散强化材料最 突出的特 点是获得不同尺寸均匀分布的质点 , 因此 上述理论 的前提 与乙二胺四乙酸络 合溶胶一凝胶法 添加氧化物制 备出的氧化物弥散强化合金相左 本 文在研究了 ,一 铁素体钢的组织及力学性能 的基础上 , 对其强化机制进行了探索 及 , 型场发射扫描电镜 一 对合 金显微组织 以及氧化物进行形貌观察和尺寸统计 根据 一 金属材料的室温拉伸试验方 法加工 出直径为 , 、 标距长为 的标准 拉伸试样 , 在室温进行测试 , 实验所采用的设备为 万能 电子拉伸试验机 , 拉伸速率为 一” 实验 方 法 材料制备工艺 试样化学成 分为 卜 一 一 一 , 质量分数 , 母合金经真空感应炉熔炼 , 用氮气雾化喷粉 , 筛分出粒度为 、 件 的预合 金粉末 , 采用乙二胺四乙酸络合溶胶 一凝胶法 向预 合金粉末中添加 少 含有 , 的复合粉末装 入不锈钢包套 , 真空去气后封焊 , 经 ℃ 、 及 热等静压致密化成型 , 再经锻造加工成 棒 , 在 ℃固溶退火 后空冷 测 试 方 法 固溶处理后的 一, 铁素体钢切成 , 厚薄片磨制抛光冲成 中 圆盘状试样 , 经双喷电 解减薄制成透射 电镜 用样 品 , 用 一 型透射 电镜 、超高压电子显微镜 以 结果与讨论 组织观察 一 铁素体钢 的透射 电镜图片如图 所 示 从图 中可 以看 出 , 一 铁素体钢 为 细小的铁素体等轴晶粒 , 平均 晶粒尺寸约为 卜 从图 中可 以看 出 , 氧化物在基体 中分布的比较 均匀 , 多分布在晶粒内部 一 铁素体钢中 , 强化相主要有 、 和 三种 氧化物颗粒尺寸分布 范围很宽 , 从 、 范围内都存在氧化物颗 粒 , 如图 所示 在测量氧化物尺寸分布时 , 发现氧化物在 、 如 图 所示 、 如 图 所示 和 如 图 所示 附近共存三个尺寸峰值分布 因此将尺寸 小于 的氧化物颗粒统 计为 的粒子 , 称为小 尺寸氧化物颗粒 , , 简称 , 体积 分 数 儿 , 这些小尺寸氧化物多分布在 晶粒内 部 , 的氧化物统计为 的粒子 , 称为 中等尺寸氧化物颗粒 , 简称 , 体积分数 六工 。 , 这些中等尺寸的氧化物在基 体 中分布 的比较均匀 , 颗粒形状也较规则 尺寸在 一 的氧化物统计为 的粒子 , 称为 大尺寸氧化物颗粒 , 简称 , 体积分 数 九 三个尺寸分布 的氧化物体积分数达 二 图 一 钢的显微组织 晶粒组织 分布 入王, 二 ,℃ 一