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深圳大学3D打印高强韧低活化钢研究取得新进展

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发表于 2019-7-9 16:42:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
文章来源:材料+

低活化铁素体/马氏体钢在强辐照下具有固有的几何稳定性、较低的辐照肿胀和热膨胀系数、高热导率等优良的热物理特性,并且其低活化成分适于商业化生产,被认为是聚变堆的首选结构材料。目前,世界各国均在发展各自知识产权的RAFM钢,如日本的F82H、欧洲的EUROFER97、美国的9Cr-2WVTa以及中国科学院等离子体物理研究所研发的CLAM与核工业西南物理研究院和中国科学院金属研究所联合开发的CLF系列低活化钢。虽然RAFM钢材料的研发已日趋成熟,但是以RAFM钢作为结构材料的第一壁结构件的加工制造仍是难点问题。第一壁的结构复杂而精密,采用传统制造方法,需要经过多道加工工序,面临流程繁琐、耗材耗时、成本高、缺陷不可控等问题。

增材制造技术具有无需模具、制造周期短、材料利用率高、近净成型、可制备任意形状等优势,有望解决传统制造方法的短板问题,实现聚变堆第一壁复杂结构件的一体化成型。此前,相关研究已证实选区激光熔化技术制造聚变堆第一壁复杂结构件的可行性,但是SLM成形RAFM钢的强度高于传统方法制备的RAFM钢,但其塑性差。整体趋势上,RAFM钢的强度和塑性呈现倒置关系,强度越高,塑性下降越明显,未来工作迫切需要同时提高合金强度和塑性,以满足核聚变的服役工况对力学性能的基本要求。

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图1.SLM成形CLF-1钢的微观组织与织构
(a, j) 金相显微组织;(b, f, k, o) EBSD IPF图;(c, g, l, p) SEM图;(d, e, m, n) TEM明场像;(h, q) 极图;(i, r) 反极图

针对SLM成形RAFM钢高强度与低塑性不匹配问题,深圳大学增材制造研究所劳长石和陈张伟研究团队围绕CLF-1钢的SLM工艺及其组织性能调控开展了系统工作,首次将非均质双/多模组织设计思路引入到SLM成形高强韧RAFM钢的开发,基于SLM工艺参数和扫描策略的优化,SLM成形CLF-1钢兼具高强度与高塑性,其综合强韧性显著优于目前文献报道的RAFM钢。通过对比研究S209和S98的微观组织和力学性能,揭示了SLM成形CLF-1钢的强韧化机理,其高强度取决于细晶和细小马氏体片层,高塑性得益于这种双/多模组织对位错主导的加工硬化能力的改善。该工作为3D高强韧RAFM钢的结构设计提供重要理论依据和技术指导,促进聚变堆关键部件组织性能可控的一体化成型。相关研究成果发表于国际知名学术期刊Materials Research Letters (IF:7.440)。

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图2.SLM成形高强韧CLF-1钢的室温拉伸性能及其与目前你文献报道性能的对比结果
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