锆合金高压扭转工艺有限元模拟及试验研究

发布时间：2020-06-10 03:33

【摘要】：高压扭转工艺(HPT)是一种典型的剧烈塑性变形工艺。通过这种工艺能有效细化材料的晶粒尺寸,从而在很大程度上改善材料的物理化学和力学性能,提高材料的塑性变形能力,该工艺尤其适用于难变形材料的塑性加工。HPT工艺已经成为材料制备和性能优化领域的研究热点。本文采用相变电场辅助热处理-高压扭转-再结晶电场辅助热处理相结合的工艺对锆合金试样进行处理,并结合有限元模拟研究高压扭转过程中等效应变的变化规律,对加工和热处理后材料的微观组织进行分析。本文运用Deform模拟软件对不同压力(3GPa、4GPa和5GPa)和不同扭转圈数下(2πrad和4πrad)的高压扭转过程进行有限元模拟,得出了高压扭转过程中试样内部的等效应变变化规律。通过对比不同工艺参数下试样的等效应变分布,得出了加载压力、相对扭转角度和摩擦因子对高压扭转工艺的影响规律。运用Deform模拟软件对不同高径比试样的高压扭转过程进行模拟,通过对比不同高径比试样内部等效应变的分布规律,分析了高径比对高压扭转工艺的影响。本文首先将锆合金原始试样进行700℃保温5min的相变电场辅助热处理,使材料转变为具有较强塑性变形能力的β相组织,然后将热处理后的试样进行5GPa-4πrad高压扭转加工,最后将试样在不同温度下(500℃、600℃、650℃、680℃和700℃)和不同保温时间(0.5 min、1 min、2 min、5 min、15 min和25 min)进行再结晶电场辅助热处理,对热处理后的试样进行显微金相观察和XRD衍射分析,得出了不同热处理工艺对锆合金试样组织和相组成的影响规律。使用TEM、EBSD等显微成像技术对热处理后的试样微观组织和显微织构进行分析,确定了不同热处理温度及保温时间对试样微观组织、显微织构和再结晶行为的影响规律。
【图文】：

合金材料的研究现状锆合金具有极低的热中子俘获截面和较好的机械加工性能，可以堆中铀燃料元件的包壳和压力管，能经受高温、高压、强腐蚀、考验，因此在核工业及化工领域得到了极为广泛的应用[18,19]。锆分及其分布对材料的力学性能、应力腐蚀行为以及辐照尺寸变化影响[20]。因此，强变形过程中锆合金织构的演变机理和取向分布的重点研究内容。Chosson 等人[8]研究了富氧 相锆合金的蠕变流动与断裂行为，图b-c%O 合金试样的制备工艺及热机械性能测试过程示意图。通过在向蠕变试验，对含氧量为 10~30％的材料的高温粘塑性流动模型和征。蠕变增强和韧脆转变被量化为氧含量和试验温度的函数，并动本构方程和经验断裂准则。

- 3 -b) 应变量为 0.5图 1-2 不同应变量下锆合金的功率耗散图ro 等[47]研究了锆合金相变过程中的织构变化，利用高能同轧锆合金在 →β 相转变过程中的织构进行了原位测量。行热处理，在其中利用二维 X 射线探测器连续捕捉衍射得高质量的定量织构信息。给出了高温 β 相织构的实验长大的证据。[20]研究了锆合金塑性变形过程中的变形机理，，不同温度变规律及其对板材各项性能的影响。由于材料内部存在轧制变形后表现出较为明显的各向异性。此外，锆合金
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG306

【参考文献】

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本文编号：2705708