第2讲 金属材料的辐照损伤VIP免费

金属材料的组织与性能辐照损伤金属材料的辐照损伤机理辐照后嬗变、微观成分、组织的变化辐照损伤对材料性能的变化材料成分、组织结构与性能的关系材料成分组织结构使役性能工艺各组成元素含量冶炼、锻造、焊接、热处理、表面处理、形变、等等结合键、晶体结构、组织、内部缺陷机械:强度、韧性等物理:导热、导电等化学:耐腐、相容性10μm金属材料的组织组织是指用金相观察方法观察材料内部时看到的涉及晶体或晶粒大小、方向、形状排列状况等组成关系的组成物。20钢退火态组织照片304不锈钢SEM照片变形304钢TEM照片AFM/MFM图像250nmα'γ扫描隧道显微镜C原子排列TEM纳米晶粒与重结晶晶粒原子探针Y-Ti-O团簇1nm沉淀相100nm100nm纳米复合铁素体合金三叉晶界光学显微组织:多相组织10μm晶界未经辐照的组织亚晶结构1.变形后的石英晶体中的亚晶结构2.挤出后经450oC退火后纯铝中的亚晶结构3.挤出后纯铝中被拉长的晶粒和亚晶结构123孪晶结构1.70%Cu-30%Zn合金孪晶结构2.奥氏体不锈钢的孪晶结构3.奥氏体不锈钢的孪晶结构位错结构1.TEM下观察到316L不锈钢(00Cr17Ni14Mo2)的位错线与位错缠结2.马氏体钢固溶处理后急冷残余奥氏体中的位错011g200nm3.Fe-40at%Al(B2)单晶体室温变形后的位错结构。塑性应变ε=13%,位错密度ρ=2.4×1010cm-2.镍中的位错共析钢-珠光体球化珠光体低碳钢-珠光体1.4%carbonsteel铁素体Ferrite碳钢组织白口铸铁灰口铸铁球墨铸铁马氏体含部分残余奥氏体的马氏体Fe-30Ni-0.31C钢的马氏体以德国科学家AdolphMartens命名的一种钢的淬火硬化相。一般认为马氏体是指钢被快速从高温奥氏体区中淬火得到的碳在α－Fe中的过饱和固溶体，C原子嵌入体心立方晶格的间隙，使晶格畸变为四方结构。针状马氏体板条马氏体贝氏体组织Fe-0.43C-2Si-3Mn钢部分转变形成的上贝氏体组织(a)光学显微照片(b,c)明场和暗场像(d)羽毛状组织(a)光学显微照片(b)TEM照片普通碳钢的下贝氏体组织钢经过淬火+高温回火处理后，可以得到贝氏体组织，分上贝氏体和下贝氏体，上贝氏体组织粗大，脆性大；下贝氏体组织精细，亚结构为位错型，因此强度高、塑性和韧性好。锆合金的微观组织Representativedislocationfeaturesobservedin(a)n=3and(b)n=7deformationregimes(SB–sub-boundaries).(a)RecrystallizedgrainstructureofaZr–1Sn–1Nb–0.2Fealloyshowinga-Zrgrainswithb-Zrphasesasboundaryphases.(b)Dislocationstructuresinthesamealloy.I.CharitandK.L.Murty.Creepbehaviorofniobium-modifiedzirconiumalloys.JournalofNuclearMaterials374(3):354-363,2008.镍基合金的微观结构－碳化物析出A类，碳化物在晶界析出B类，重结晶后，碳化物在原始晶界网状析出B类，重结晶后，碳化物在晶内和原始晶界网状析出材料的晶体性质晶体非晶体构成晶体的原子、分子或原子集团在空间是按一定的几何规律规则排列的，因而晶体具有一定的熔点，且具有各向异性的特点。绝大多数的工程材料，如金属及其合金、陶瓷等，天然的岩石、矿物都是晶体。非晶体中的质点是无规排列的，如多数的玻璃和聚合物。金属、陶瓷材料绝大部分具有晶体结构纯铁的显微组织晶界、晶粒、取向晶体原子排列空间点阵、晶格晶胞纯铁金属的晶体结构7个晶系14种布拉菲点阵a≠b≠cα≠β≠γ≠90°立方四方三方简单六方正交单斜三斜初基底心体心面心a=b=cα=β=γ=90°a=b≠cα=β=γ=90°a=b=cα=β=γ≠90°a=b,γ=120°α=β=90°a≠b≠cα=β=γ=90°a≠b≠cα=γ=90°β≠90°晶胞空间点阵几何规律的基本空间单元，一般取最小平行六面体。结构特征面心立方(fcc)体心立方(bcc)密排六方(hcp)点阵常数aaa,c(c/a=1.633)原子半径R24a34a2212234aac⎛⎞+⎜⎟⎜⎟⎝⎠晶胞内原子数426配位数12812致密度0.740.680.74数量81212四面体间隙大小0.225R0.291R0.225R数量466八面体间隙大小0.414R0.154R<100>0.633R<110>0.414R实际金属晶体中的缺陷�点缺陷�线缺陷�面缺陷金属材料的强化(硬化)机理固溶强化细晶强化沉淀强化/第二相强化相变强化位错塞积21−+=dkYisσσ形变强化：S＝Kεn粒子辐照引起晶格缺陷－导致材料硬化和脆化�晶格内形成缺陷�空位、间隙原子...