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初始状态对纯锆轧制变形机理的影响研究

作　者: 肖东平
导　师: 栾佰峰
学　校: 重庆大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 纯锆轧制室温液氮温度孪生
分类号: TG339
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

锆及锆合金在核工业的大量应用，使锆合金的开发和研究变得十分重要。随着核反应堆技术的发展，对锆材料的服役性能要求越来越高。由于材料的性能很大程度上决定于其组织结构，而加工过程中的变形机理直接影响着材料的组织结构。锆的塑性变形主要依靠滑移和孪生，而这些变形机制的开启受到很多因素的影响。如原子的排列方式、堆垛层错能、杂质元素、晶粒大小、第二相等内在因素，以及变形温度、加载速率、变形量、加载方式等外部变形条件。本文以具有典型双峰基面织构的退火态商业纯锆板材为研究对象。重点研究轧制温度，初始织构和晶粒大小对锆的轧制变形机理的影响。首先针对初始晶粒尺寸为10μm的纯锆板材分别在室温和液氮温度轧制，其次对初始晶粒尺寸为40μm的纯锆板材在液氮温度轧制。采用金相、ECC、EBSD和XRD对轧制样品的微观组织和织构进行观察，结合孪生面积分数的计算、孪生Schmid因子计算、孪生变体选择规律，分析了初始状态对纯锆板材的轧制变形机理的影响，得到以下结论：1、纯锆在室温轧制时没有孪生产生，而在液氮温度轧制时，{1122}压缩孪生，{1012}和{1121}拉伸孪生很容易激活。并且当初始晶粒尺寸为40μm时，这三种孪生的数量要比初始晶粒尺寸为10μm的时候大很多。2、初始晶粒尺寸分别为10μm和40μm的纯锆在液氮温度轧制时，总的孪生面积分数，{1122}压缩孪生和{1012}拉伸孪生的面积分数随着变形量的增大近似呈线性增加，而{1121}拉伸孪生的面积分数却一直较低。对初始晶粒尺寸为10μm的纯锆轧制样品，孪生主要产生于变形量为10%-20%之间。当初始晶粒尺寸为40μm时，变形量小于5%即有大量孪生产生，且随着变形量增加而增多。3、纯锆在室温轧制时以滑移为主要变形方式。在液氮温度下轧制时，初始晶粒尺寸较小的情况下，小变形量时以滑移为主，变形量继续增大则孪生的作用逐渐增强；初始晶粒尺寸较大的情况下，孪生为主要的变形方式，变形量增大则转变为滑移为主。4、纯锆在室温和液氮温度轧制时，基面织构类型并无明显变化，仍然为双峰基面织构，织构强度逐渐降低。并且在两种温度下轧制时，初始板材的<1120>//RD织构都会转变为<1010>//RD织构，如果初始板材为<1010>//RD织构则保持不变。但不同的是在室温轧制过程中，双峰分布的基面织构会随着变形量的增加逐渐向ND集中，而在液氮温度轧制则保持向TD倾斜30°的双峰分布。5、纯锆液氮温度轧制时，孪生会优先形成于Schmid因子较大的晶粒中，然而{1122}孪生并不仅仅是Schmid因子最大的变体V1出现，所以并不满足Schmid定律。但是出现的孪生变体的Schmid因子都接近于最大的Schmid因子，并且随着变形量增加，Schmid因子越大的孪生变体数量越多。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-21
  1.1 引言  9
  1.2 锆的性能及应用  9-10
  1.3 锆的塑性变形机制  10-18
    1.3.1 滑移  11-13
    1.3.2 孪生  13-15
    1.3.3 锆塑性变形机制的影响因素  15-18
  1.4 锆的织构研究现状  18-19
    1.4.1 锆的轧制织构  18
    1.4.2 锆的退火织构  18-19
  1.5 课题的研究内容，技术路线，研究目的和意义  19-21
    1.5.1 研究内容  19
    1.5.2 技术路线  19-20
    1.5.3 研究目的  20
    1.5.4 研究意义  20-21
2 实验材料及方法  21-31
  2.1 实验材料  21-22
  2.2 纯锆轧制实验  22-23
  2.3 显微组织观察  23-26
    2.3.1 金相组织观察  23
    2.3.2 扫描电子通道衬度（SEM-ECC）像观察  23-24
    2.3.3 EBSD 表征  24-26
  2.4 显微硬度测试  26
  2.5 织构测试  26
  2.6 孪生定量分析  26-28
  2.7 孪生变体的确定  28-31
3 轧制温度对双峰织构纯锆轧制组织与织构的影响  31-61
  3.1 纯锆在室温和液氮温度轧制过程中的显微组织演变  31-43
    3.1.1 金相显微组织  31-34
    3.1.2 SEM-ECC  34-37
    3.1.3 不同轧制变形量样品微观组织的 EBSD 表征  37-43
  3.2 纯锆室温和液氮温度轧制过程中的织构演变规律  43-49
    3.2.1 EBSD 微观织构演变规律  44-45
    3.2.2 XRD 宏观织构演变规律  45-49
  3.3 分析与讨论  49-59
    3.3.1 轧制温度对纯锆轧制变形机制的影响  49-52
    3.3.2 初始织构及晶体取向对锆中孪生行为的影响  52-54
    3.3.3 纯锆不同温度轧制样品的显微硬度变化规律  54-55
    3.3.4 变形机制对轧制过程中织构变化的影响  55-59
  3.4 本章小结  59-61
4 初始晶粒尺寸对纯锆低温轧制变形机制的影响  61-81
  4.1 大晶粒纯锆板材在液氮温度轧制时的显微组织特征  61-68
    4.1.1 金相显微组织  61-62
    4.1.2 SEM-ECC  62-64
    4.1.3 轧制样品微观组织的 EBSD 表征  64-68
  4.2 大晶粒纯锆板材在液氮温度轧制时的织构演变规律  68-71
    4.2.1 EBSD 微观织构演变规律  68
    4.2.2 XRD 宏观织构演变规律  68-71
  4.3 分析与讨论  71-79
    4.3.1 初始晶粒尺寸对轧制变形机制的影响  71-75
    4.3.2 大晶粒纯锆板材轧制样品的显微硬度变化规律  75-76
    4.3.3 纯锆液氮温度轧制过程中孪生变体的选择  76-79
  4.4 本章小结  79-81
5 结论  81-83
致谢  83-85
参考文献  85-91
附录  91
  作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  91

初始状态对纯锆轧制变形机理的影响研究

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