Zr-4合金变形及退火过程中组织与织构演变

发布时间：2020-06-13 05:03

【摘要】：由于其优异的耐腐蚀性能、较低的热中子吸收截面和适中的力学性能,锆(Zr)合金广泛应用在核工业领域。Zr-4合金是一种典型的商用锆合金,主要用于制备核反应堆燃料组件中的包壳管和定位隔架。本文研究了Zr-4合金在两种变形过程中(轧制、平面内单向压缩)以及后续退火过程中的组织与织构演变规律与机制,为Zr-4合金成形性能的进一步提升奠定了一定的理论基础。以热轧退火态的Zr-4板材为实验材料,以电子背散射衍射(EBSD)为主要研究方法,首先分析了初始Zr-4合金板材分别在室温和液氮温度下的轧制变形和后续退火处理过程中的组织演变规律。然后,针对轧制、退火处理后的Zr-4合金板材,研究了轧制方向压缩变形以及后续退火过程中的组织与织构演变规律及机制。主要结论如下:在液氮温度下、轧制变形量达40%时,初始Zr-4合金板材中没有出现明显的孪晶片层,这可能是由于初始晶粒尺寸较小,激活孪生的应力较高有关。与室温轧制相比,液氮轧制中的不均匀变形现象更加显著,这可能是因为滑移系的临界剪切应力(CRSS)值随着变形温度的降低而显著增加,从而增强了晶粒变形对初始取向的依赖性。在相同轧制应变量条件下,与室温轧制相比,液氮轧制促进了再结晶晶粒的生长,这可能归因于低温轧制诱导的非均匀变形,这给予了再结晶晶核的尺寸优势和取向差优势。针对液氮轧制+退火处理后的Zr-4板材的RD压缩变形过程中,随着变形量的增大,拉伸孪晶的面积分数和数量也随之增加。在压缩变形后的退火过程中,预制孪晶界可能会发生热激活迁移,孪晶界的热迁移主要使得孪晶长大,同时促使孪晶诱导的织构组份得到强化。预制孪晶界的热激活迁移与变形量的大小相关,较低变形量时,迁移温度越高,甚至在接近相变点温度时都不发生迁移;较大变形量时,迁移温度越低,这可能是因为大变形量造成了孪晶界面共格性的丧失(提高了孪晶界面的可动性),同时增加了孪晶界面两侧的应变能差异(提高了孪晶界面迁移的驱动力)。
【图文】：

示意图,滑移系,密排六方金属,锥面

图 1.1 密排六方金属的滑移系示意图:(a)基面滑移系; (b)柱面滑移系; (c){10-11}锥面滑移系;(d){11-22}锥面滑移系Fig. 1.1 The schematic diagram of possible slip systems in HCP metals:(a) <a> basal slip system; (b)<a> prismatic slip system; (c) {10-11} pyramidal slip systems; (d) {11-22} pyramidal slip密排六方金属的滑移种类可以分为<a>型滑移和<c+a>型滑移这两种，<a>型的滑移只能够提供 4 个单独的空间滑移系，而<c+a>型的滑移则可以提供 5 个独立的滑移系，可以用来满足多晶体发生变形时所需要的协调条件[18-21]。HCP 金属发生变形时提供的独立滑移系数如下表 1.1 所示[18]。

镜面对称,孪晶形成,原子,孪晶

b145aa250 300/180Be 1.568 基面滑移≥1990b注：表中右上标 a 的表示基面，，标 b 的表示柱面1.3.2 孪生孪生是密排六方金属材料在变形过程中的另一种重要的变形方式。锆在下的晶体结构为密排六方结构，具有较低对称性。由于锆合金的滑移系较少能满足均匀变形的需要，因此在变形过程中往往需要孪生来协调变形。近年者们对于孪生进行了大量研究，对孪生能够引起材料机械性能的变化以及组变化等方面也有较大的进展。孪生实质上是参与变形区域的原子和没有参加区域的原子以孪晶界面构成一种镜面对称的取向关系，如图 1.2 所示[26]。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TL341

【参考文献】