耐高壓高溫合金Alloy 709奧氏體不銹鋼TP310MoCbN

一種新的顯微鏡技術(shù)可讓研究人員實時跟蹤材料的微觀結(jié)構(gòu)變化，即使材料在極端高溫和高壓的服役環(huán)境中也能實現(xiàn)。最近，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種名為“合金709”的不銹鋼合金具有在如核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)等更高溫度服役環(huán)境下應(yīng)用的潛力。

此項發(fā)明論文的作者、北卡羅來納州立大學(xué)機械和航空航天工程系的教授Afsaneh Rabiei表示，合金709具有極高的強度，并且在長時間在高溫環(huán)境下工作時能夠抵抗損壞，這使其成為可用于下一代核電站的潛在材料。

但是，合金709是一種全新材料，其在高溫和高壓下的性能人們還尚未全面了解。要想使用這種合金，美國能源部需要更好地了解其熱機械性能和結(jié)構(gòu)特性，以確定其在核反應(yīng)堆中的可行性。

為了解決美國能源部的問題，Rabiei找到了一種全新的解決方案。她與三家公司――日立、牛津儀器和Kammrath＆Weiss GmbH ――開展合作，開發(fā)了一種新技術(shù)，使她實驗室具有對材料試樣施加極高的熱量和載荷的情況下能夠?qū)崟r使用掃描電子顯微鏡（SEM）的能力。

“這意味著我們可以在熱機械測試過程中觀察到材料的裂紋擴展、損傷成核和微觀結(jié)構(gòu)變化，這些變化與所有主體材料有關(guān)――不僅僅是合金709。”Rabiei表示，“這種顯微鏡可以幫助我們了解材料在從室溫到1000攝氏度，以及從0到2千兆帕的應(yīng)力等各類條件下失效的位置和原因。”

Rabiei的團隊與英國伯明翰大學(xué)合作，評估合金709在高溫和高載荷條件下的機械和微觀結(jié)構(gòu)特性。

研究人員將厚度為1毫米的合金709樣品放置在高達950攝氏度的溫度下，直到材料“失效”，這意味著材料主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)損毀。

“合金709的性能優(yōu)于316不銹鋼，而316不銹鋼是目前在核反應(yīng)堆中主要使用的。”Rabiei表示，“研究表明，合金709的強度在所有溫度下均高于316不銹鋼，這意味著合金709在失效前，可比316不銹鋼承受更大的壓力。例如，合金709可以在950℃的服役環(huán)境下承受盡可能多的載荷，而316不銹鋼只能在538℃的條件下實現(xiàn)相同的效果。

Rabiei表示，最新的顯微鏡技術(shù)可以使人們能夠在整個溫度和壓力變化過程中，監(jiān)測材料的孔洞成核和裂紋擴展以及微觀結(jié)構(gòu)的所有變化。

這是一項很有前景的發(fā)現(xiàn)，但目前仍有很多工作需要完成。Rabiei表示，該工作的下一步是研究合金709在高溫環(huán)境下，施加周期性載荷或重復(fù)應(yīng)力時如何發(fā)揮作用。”

相關(guān)論文“不同溫度下合金709的拉伸性能研究”目前已發(fā)表在“材料科學(xué)與工程”雜志中。該論文的第一作者是前北卡羅來納州立大學(xué)研究生Swathi Upadhayay。該論文由伯明翰大學(xué)的Hangyue Li和Paul Bowen共同撰寫。這項工作得到了能源部的資助，編號為2015-1877/DE-NE0008451，英國研究與創(chuàng)新獎項號為EP/N016351/1。

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