Si对Ni-Mo-Cr基多晶高温合金蠕变损伤行为的影响规律及其机理研究

The Ni-Mo-Cr based high-temperature superalloy with Si has excellent corrosion resistance, radiation resistance and oxidation resistance performance, becoming the key manufacturing material for molten salt reactor reactor core vessel, loop pipe and heat exchanger. However, Si usually has harmful effect on high-temperature mechanical properties of nickel based alloy according to early research report. Therefore, Si may cause deterioration of creep properties of Ni-Mo-Cr based superalloy. But this problem has not received enough attention, that cause the influence of Si on creep behavior of Ni-Mo-Cr based alloy is not clear. The project intends to study the influence law and mechanism of Si content on the creep behavior of Ni-Mo-Cr based superalloy on the basis of previous research. The main research contents are as follows: (1) the influence regulation of Si and grainboundary on elements thermal diffusion of Ni-Mo-Cr based superalloy; (2) the influence of Si content on microstructure of Ni-Mo-Cr based superalloy; (3) the effect of Si content on creep damage behavior of Ni-Mo-Cr based superalloy. According to the above research results, discuss the influence regulation and mechanism of Si on the alloy microstructure and creep behavior, reveals the influence regulation and mechanism on creep damage behavior of the alloy. The research results will provide data accumulation and theoretical foundation for materials design and engineering application of the Ni-Mo-Cr based superalloy.

含Si的Ni-Mo-Cr基高温合金具有优异的抗腐蚀、抗辐照和抗氧化性能，是制造熔盐堆堆芯容器、回路管道和换热器的关键材料。但通常认为Si会危害镍基合金高温力学性能，因此Si可能会使Ni-Mo-Cr基合金蠕变性能恶化，但该问题尚未受到重视，导致Si对Ni-Mo-Cr基合金蠕变损伤行为的影响还不清楚。本项目拟在前期工作基础上，申请研究Si对Ni-Mo-Cr基合金蠕变损伤行为影响规律及其机理。主要研究内容如下：（1）Si与晶界交互作用对Ni-Mo-Cr合金元素热扩散的影响规律；（2）Si含量对Ni-Mo-Cr基合金组织的影响；（3）Si含量对Ni-Mo-Cr基合金蠕变行为的影响。根据以上研究结果，探讨Si对合金组织及蠕变行为的影响规律，揭示Si对合金组织及蠕变损伤行为的影响机理，为Ni-Mo-Cr基合金材料设计和工程化应用提供数据积累及奠定扎实的理论基础。

含Si的Ni-Mo-Cr基高温合金具有优异的抗腐蚀、抗辐照和抗氧化性能，是制造熔盐堆堆芯容器、回路管道和换热器的关键材料。但通常认为Si会危害镍基合金高温力学性能，因此Si可能会使Ni-Mo-Cr基合金蠕变性能恶化，但该问题尚未受到重视，导致Si对Ni-Mo-Cr基合金蠕变损伤行为的影响还不清楚。本项目拟在前期工作基础上，主要研究Si对Ni-Mo-Cr基合金蠕变损伤行为影响规律及其机理。主要研究内容如下：（1）Si与晶界交互作用对Ni-Mo-Cr合金元素热扩散的影响规律；（2）Si含量对Ni-Mo-Cr基合金组织的影响；（3）Si含量对Ni-Mo-Cr基合金蠕变行为的影响。根据以上研究结果，探讨Si对合金组织及蠕变行为的影响规律，揭示Si对合金组织及蠕变损伤行为的影响机理，为Ni-Mo-Cr基合金材料设计和工程化应用提供数据积累及奠定扎实的理论基础。. 实验结果显示：Si的添加，增加的碳化物的析出数量，并且使合金时效析出的二次相碳化物从M6C转变为M12C，具有与基体共格的取向关系，更好的强化合金。Si对合金中的碳化物形成元素Mo、Cr、Fe等元素起到加速扩散的作用，使晶界处聚集了相对多的金属元素，同时Si能够替代碳化物的金属元素，造成金属元素的相对附近，趋向于形成M12C。固溶态合金在600℃/450MPa条件，无硅合金蠕变寿命比含硅合金高，且随着硅含量提高降低。时效态下，无硅合金蠕变寿命比含硅合金低，且随着硅含量提高而逐渐提高。固溶态合金在750℃/250MPa条件下，硅元素对合金蠕变断裂寿命影响不显著。时效状态下，合金的蠕变断裂性能与固溶态相对略有提升，但是并不是非常显著。高温下，合金的蠕变速率随着硅含量的提高逐渐增大。时效处理后，硅的添加能显著提高合金无论在高温和低温蠕变过程中的蠕变性能。Si 对 Ni-Mo-Cr 基合金蠕变损伤行为的作用机制是硅的添加改变了合金二次相的析出类型，从而晶界获得更好的强化。. 通过本项目的开展，获得的实验结论将有注意相关材料的开发和优化，有助于该类合金尽早投入到熔盐反应堆的结构件制造中，实验结果对相关合金设计理论的完善也有一定意义。