近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院核能安全所與沈陽(yáng)金屬研究所合作采用熱變形連接技術(shù)對(duì)中國(guó)低活化馬氏體（CLAM）鋼開(kāi)展了有效連接，并通過(guò)后續(xù)熱處理基本消除了界面缺陷，連接接頭的強(qiáng)度和延伸率與基體性能相當(dāng)。相關(guān)研究成果發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Materials Characterization上。

CLAM鋼因具有低活化、耐輻照和良好的力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)，是核聚變反應(yīng)堆的主要候選結(jié)構(gòu)材料。但目前CLAM鋼連接技術(shù)的發(fā)展仍面臨著重大挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的連接方法易導(dǎo)致組織中的馬氏體板條粗化，熱影響區(qū)的強(qiáng)度及接頭的疲勞壽命降低，連接接頭的性能普遍低于母材，無(wú)法滿(mǎn)足聚變反應(yīng)堆部件焊接接頭的高可靠性要求。針對(duì)上述問(wèn)題，科研人員開(kāi)發(fā)了一種熱壓縮連接（HCB）方法，該種方法利用高溫高壓實(shí)現(xiàn)部件的有效連接，在熱力共同耦合作用下促進(jìn)了界面晶界遷移及再結(jié)晶。研究結(jié)果表明高溫下通過(guò)較大的塑形變形及后續(xù)熱處理，可以有效破碎界面氧化物，消除界面微孔洞等的連接缺陷，實(shí)現(xiàn)界面原子尺度的接觸，從而最終使連接界面完全愈合。

本研究探究了不同HCB工藝參數(shù)（包括應(yīng)變速率、溫度、應(yīng)變和保溫時(shí)間）對(duì)CLAM鋼界面微觀結(jié)構(gòu)及界面氧化物演化的影響。同時(shí)獲得了CLAM鋼優(yōu)選的HCB工藝窗口，1050℃/20%變形后的樣品在1100℃保溫2 h后，連接接頭的拉伸性能均能達(dá)到基體水平。

經(jīng)驗(yàn)證該方法在效率和經(jīng)濟(jì)性上具有更大優(yōu)勢(shì)，結(jié)果表明利用HCB技術(shù)最終能夠完全消除CLAM鋼的原始界面痕跡，基本實(shí)現(xiàn)了接頭與母材組織及性能的一致性，避免了焊縫對(duì)部件整體性能的影響，可為CLAM鋼高效連接和大型構(gòu)件的制備提供重要參考。

該論文第一作者為核能安全所2022級(jí)博士研究生白云飛，通訊作者為黃群英研究員和沈陽(yáng)金屬研究所孫明月研究員。該項(xiàng)研究工作得到中國(guó)科學(xué)院國(guó)際伙伴計(jì)劃、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金等的資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.matchar.2024.113848

圖1 不同連接溫度下結(jié)合界面區(qū)域EBSD圖：(a-b) 850℃，(c) 950℃，(d) 1050℃

圖2 1100℃不同保溫時(shí)間后界面氧化物EDS分析：(a) 0.5 h， (b) 2 h， (c) 6 h