高压扭转对金属锆组织与性能影响

发布时间：2017-09-12 10:17

  本文关键词：高压扭转对金属锆组织与性能影响

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【摘要】：材料对人类生活和发展都有举足轻重的作用。金属锆由于其优异的性能,在功能材料和结构材料的很多领域都有非常重要的应用前景。晶粒尺寸较大的锆因其抗辐照蠕变性能较好,主要被广泛应用于核电领域。实验中制得的纯金属锆的抗拉强度较低,在240MPa左右,但其塑性好,延伸率较高,锆和锆合金在提高其强度和韧性方向上潜力巨大。因此,在锆细晶行为方面研究成为了科学家们普遍关注的热点问题。本文以纯锆(99.99%)为研究对象,在室温下利用限定型和非限定型高压扭转的方法使其发生塑性变形,在4GPa和6GPa条件下对直径为10mm的锆片加压扭转,扭转圈数为0,1,5圈。对扭转后的试样进行硬度、抗拉强度的测试,并采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、背电子散射仪(EBSD)、扫描电子显微镜(SEM)等试验手段研究其组织结构变化,分析高压扭转工艺对纯锆组织以及力学性能的影响。研究结果显示,纯锆经高压扭转变形后在非限定型模具中,当扭转圈数为5施加压强为6GPa时,部分α相锆转变为ω相,但在扭转圈数低于5的条件下没有新相产生。硬度结果表明高压扭转使得样品中心区域硬度较低,而距试样中心较远位置的硬度明显升高,当施加压强为6GPa,扭转圈数为5时,试样中心与边缘区域的硬度相差不大。拉伸结果表明经高压扭转工艺处理后,试样抗拉强度显著提高,原始试样的抗拉强度为465MPa,而非限定模具中扭转圈数为5,施加压强为6GPa试样的抗拉强度达到1040MPa。TEM和EBSD结果表明,晶粒细化和位错增殖是材料产生优异力学性能的根本原因。通过SEM结果显示高压扭转后试样经拉伸处理后,断口处存在大量裂纹,试样断裂形式为微孔聚集断裂。
【关键词】：高压扭转 锆和锆合金 ω相 晶粒细化
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.414
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 引言10
• 1.2 大塑性变形10-16
• 1.2.1 等径角挤压11-12
• 1.2.2 累积叠轧12-14
• 1.2.3 高压扭转14-16
• 1.3 高压扭转的研究现状16-18
• 1.4 锆与锆合金的研究现状18-19
• 1.5 金属锆的变形机制19
• 1.6 研究内容及意义19-21
• 第2章 实验方法及设备21-26
• 2.1 实验材料21
• 2.2 样品的加工21
• 2.3 高压扭转实验21-22
• 2.4 材料微观组织以及力学性能分析22-26
• 2.4.1 X射线衍射分析22-23
• 2.4.2 透射电镜分析23
• 2.4.3 SEM分析23-24
• 2.4.4 电子背散射衍射分析24
• 2.4.5 硬度测试24
• 2.4.6 拉伸试验24-26
• 第3章 限定型模具下锆的变形行为研究26-42
• 3.1 力学性能26-30
• 3.1.1 硬度26-28
• 3.1.2 拉伸性能28-30
• 3.2 微观组织结构分析30-40
• 3.2.1 XRD分析30-31
• 3.2.2 EBSD和TEM分析31-38
• 3.2.3 断口分析38-40
• 3.3 本章小结40-42
• 第4章 非限定型模具下Zr的变形行为研究42-54
• 4.1 力学性能42-45
• 4.1.1 硬度42-43
• 4.1.2 拉伸性能43-45
• 4.2 组织结构分析45-53
• 4.2.1 XRD分析45-47
• 4.2.2 EBSD和TEM分析47-51
• 4.2.3 断口分析51-53
• 4.3 本章小结53-54
• 结论54-55
• 参考文献55-59
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果59-60
• 致谢60

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本文编号：836626