發(fā)布時間：2020-10-14 07:59

　　 鈹(Be)具有優(yōu)異的物理性能(低密度,高剛度,強的熱中子散射能力以及低的熱膨脹系數(shù)等)和良好的力學性能,在武器、慣性導航、核能、紅外光學和高能物理學等領域有著重要的應用。但Be的室溫脆性是其致命弱點,故解析Be的脆性機理,進而提高Be的塑性一直是Be科學研究的關鍵問題。我國歷史上重視Be的工藝技術研究,相應的基礎研究工作較少,對影響B(tài)e的塑性機制缺乏認識,造成目前我國鈹材性能難以提高、成品率低、新型鈹材研發(fā)周期長等一系列問題。論文以熱等靜壓鈹材為研究對象,對影響多晶Be塑性的微觀機制進行了較為系統(tǒng)的研究,主要研究內容和結果如下：1、通過SEM原位拉伸試驗、斷口組織分析,研究不同延伸率多晶Be的裂紋起源、長大和擴展行為,以及微觀組織缺陷對多晶Be塑性的影響機制。結果表明：多晶Be微裂紋起源于晶粒內一側晶界,穿晶擴展,在另一側晶界終止,裂紋起源符合Stroh位錯塞積生裂紋理論。多晶Be為典型的脆性解理斷裂,基本解理面不僅有(0001)基面還有{1010}柱面,兩者均是多晶Be解理萌生和擴展的主要路徑。因晶界對裂紋擴展強烈的阻礙作用,多晶Be的裂紋長大依靠不同微裂紋之間的匯合,匯合路徑有解理臺階和撕裂2種。多晶Be抵抗裂紋擴展的能力差,有限的延伸率主要來自于微裂紋形核階段。雖然多晶Be的微裂紋并不優(yōu)先起源于微觀組織缺陷,但微觀組織缺陷造成缺陷處的裂紋過早地達到裂紋臨界擴展尺寸,這是造成多晶Be延伸率降低的主要原因。雜質匯聚區(qū)、片狀晶體疏松和孔洞缺陷,相當于在Be中預制一定尺寸的微裂紋；大顆粒雜質和大晶粒造成局部應力集中；晶界薄膜狀雜質析出物,容易造成多晶Be晶界結合強度降低而引發(fā)晶間斷裂。2、通過拉伸/壓縮應力不同屈服階段多晶Be的孿晶變形分析和SEM原位拉伸試驗,研究多晶Be拉伸/壓縮應力狀態(tài)下的變形行為。結果表明：拉伸應力狀態(tài)下多晶Be的滑移和孿晶變形均十分困難,孿晶變形晶粒約占晶粒總數(shù)的5%,拉伸變形過程中存在(0001)基面和{1010}柱面之間的交滑移。壓縮應力狀態(tài)下多晶Be表現(xiàn)出良好的塑性(6=36.30%),這主要是滑移變形的貢獻,孿晶變形主要發(fā)生在壓縮變形初期(壓縮應變≤5.74%)。壓縮應變5.74%時孿晶變形晶粒約占晶�？倲�(shù)的40～50%,之后不再明顯增加。拉伸／壓縮應力狀態(tài)下,多晶Be的孿晶變形不易導致微裂紋的萌生。3、利用透射電鏡較為系統(tǒng)地分析了Be中主要雜質BeO在組織中的分布形態(tài),研究BeO雜質對鈹材塑性的影響。結果表明：相比于BeO含量,BeO雜質的分布狀態(tài)和顆粒尺寸對力學性能的影響更為關鍵。彌散細小分布的BeO雜質對多晶Be主要起第二相粒子強化作用,對延伸率影響不大。但隨著BeO雜質顆粒的增大,BeO與Be基體之間的應力集中加劇,多晶Be表現(xiàn)出明顯的脆性。BeO雜質強化和脆化Be基體的臨界尺寸在300 nm左右。4、利用EBSD技術分析了熱等靜壓鈹材的晶界特征分布,研究鈹粉末燒結體熱等靜壓時的微觀組織演化過程及其對塑性的影響。結果表明：鈹粉末燒結體熱等靜壓時存在回復和再結晶。再結晶晶粒與Be基體存在特定取向關系,這些取向大部分位于Be的重位點陣(Coincidence Site Lattice, CSL)晶界附近。通過回復和再結晶,鈹粉末燒結體消除了晶格畸變,降低了熱等靜壓鈹材的位錯密度。熱等靜壓溫度越高,鈹粉末燒結體回復再結晶越充分,熱等靜壓鈹材的位錯密度越低。因此,熱等靜壓溫度升高,熱等靜壓Be延伸率提高,強度下降。位錯密度對熱等靜壓鈹材的延性有重要影響。5、通過斷口和金相組織分析,研究了粉末熱等靜壓和精密鑄造Be-Al合金的斷裂機理及其改善鈹材塑性的機制。結果表明：鑄造Be-Al合金裂紋形核于Be相內部,終止于A1相,Be/Al兩相界面結合強度大于Be相強度。而粉末熱等靜壓Be-Al合金裂紋起始于Be/Al兩相界面和A1相的細薄組織,Be/Al兩相界面結合強度小于Be相的強度。Be-Al合金的裂紋長大和擴展方式與多晶Be的裂紋擴展長大和方式十分相似,但在多晶Be中,對裂紋擴展起阻擋作用的是晶界,而在Be-Al合金中,A1相承擔起對裂紋擴展的阻擋作用。韌性的A1相可以通過塑性變形釋放裂紋尖端的應力集中,以及傳遞脆性Be相的滑移,而多晶Be的晶界無法起到這種作用,這是Be-Al合金比多晶Be塑性提高的根本原因。但Be-Al合金整體塑性受Be的塑性控制。通過以上研究,本論文初步掌握了影響多晶Be室溫塑性的微觀因素及其作用機理,為我國工業(yè)級鈹材延伸率和成品率提高,以及我國Be-Al合金的成功研制提供了基礎信息。依據本論文發(fā)現(xiàn)的“多晶Be的微裂紋不優(yōu)先起源于微觀組織缺陷處,彌散細小分布雜質對多晶Be塑性影響不大”的客觀事實,利用Be中固有雜質(BeO和FeBe11)成功研制了我國新型儀表級鈹材—RJY-60級鈹材,其微屈服強度(或稱精密彈性極限)達到了80 MPa以上,比現(xiàn)在最高值提高了～20 MPa(國防專利,申請?zhí)枺?01318005230.3)。
【學位單位】：東北大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TG146.24
【部分圖文】：

?第１章緒論??見圖１．１。由于單晶Ｂｅ的李晶變形總是因樣品在相當?shù)偷乃苄韵掳l(fā)生解理斷裂而終止，??目前對Ｂｅ的李晶變形的研究還很不充分。一些研究認為，李晶變形容易導致沿基面和??李晶面形成解理裂紋ｍｉｗｗｗ’ｉｍ：！。??（Ｈ２?０）??。０巧?ｐｙｒａｍｉｄ?ｔｗｉｎｎｉｎｇ?（００…ｂａｓａｌ?Ｓ郵口０．７?ＭＰａ）??ａｎｄ?ｆｒａｃｔｕｒｅ?口?１?？０?ＭＰａ）??龜＂。？??Ｔｙｐｅ?ＩＩ?ｐｒｉｓｍ。Ｉ?乏?０）?ｂ己ｎｄｉｎｇ?ｄｉ化ｏｎｔｉｎｕｉｔｙ，??ｆｒａｃｔｕｒｅ?（１７９．３?ＭＰａ）??圖１．１室溫下中等純度的金屬Ｂｅ變形模式，括號內的應力為臨界分切應力??巧呂．１．１?Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ｍｏｄｅｓ?ｉｎ?ｂｅｒ｝ｄｌｉｕｍ?ｃｒｙｓｔａｌｓ?ｏｆ?打ｏｍｉｎａｌ?ｐｕｒｉｔｙ

第１章緒論??左右有一個塑性離峰，達到２８?％左右，超過６００’Ｃ，延伸率又降低到幾乎與室溫相同，??見圖１．３［２１］。文獻１３９］給出了不同晶粒尺寸的真空熱壓被材力學性能隨溫度的變化規(guī)律，??．它們表現(xiàn)出與文獻口?１響同的規(guī)律，但這些皺材的塑性峰值出現(xiàn)在４〇〇￣５５０?‘Ｃ的范圍內，??見圖１．４。??３０?－??ｉ諭??１００?２００?３００?４００?５００?６００??Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，?°Ｃ??圖１．３多晶Ｂｅ塑性與溫度的關系Ｐｉｌ??口１１??Ｆｉｇ．?１３?Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ?ｂｅｒｙｌｌｉｕｍ?ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ?ｃｈａｎｇ巧?ａｓ?化ｍｐｅｒａｔｕｒｅＬ??Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，?Ｔ??４００?８００?１２００??４００?廣?Ｐ?ｎ?＾?Ｉ?了ｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，Ｔ??這?／１７?ｕｒｎ?－５０逗?４孤?齡Ｑ?１撕０??ｓ?３００?ａ?——＾——５?２〇ｒ—７?ｒ￣￣￣ｒ—？??Ｉ?１。。＇Ｉ?。掛。４如做。８陽??號?Ｄ?Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，。Ｃ??０?０?２００?４００?６００?８?孤??Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，?Ｖ??圖１．４真空熱壓被晶粒尺寸和溫度對被材力學性能的影響??Ｆｉｇ．?１．４?Ｅｆｆｅｃｔ?ｏｆ?ｇｒａｉｎ?ｓｉｚｅ?ｏｎ?化ｅ?ｅｌｅｖａｔｅｄ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｔｅｎｓｉｌｅ?ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ?ｏｆ??ｖａｃｕｕｍ?ｈｏｔ?ｐｒｅｓｓｅｄ?ｂｅｒｙｌｌｉｕｍ［ｉ３９］??拉伸試驗的應變速率對Ｂｅ的初脆轉變溫度有顯著的影響。圖１．５是應變速率??６．５ｘ１〇－４／ｓ、２．５ｘ１〇－５／ｓ和２．５ｘ１〇－６／ｓ時

２．３．３．１試樣的取樣、加工和處理??將熱等靜壓被錠去表皮見光面后，用線切割機沿橫向從表面取樣（橫向試樣）。在??數(shù)控車床上，按規(guī)定的加工程序加王成圖２．２的尺寸。從圖２．２可Ｗ看出，Ｂｅ試樣為圓??形非比例試樣，標距／〇?＝?２５?ｍｍ，直徑成＝６?ｍｍ。然后用化學腐蝕的方法將表面剝離??０．１０－化１２?ｍｍ，去除機械加王造成的表面損傷層。每個熱等靜壓皺錠常規(guī)拉伸力學性??能測量取試樣３根，測量微屈服強度的熱等靜壓皺錠需額外再�。掣嚇印�??Ｒ８?００??／?—ｉ／ｙ｜ｃ?巧：??．?／?－－－－－?一?—ｉ？ｌ〇．〇ｇ｜Ａ｜??＾??—盛?＾?ｉ??￣?…輔?「三?１｜???＾??Ｌ?！???坑卽??巧??己．００?３Ｇ．０Ｑ??圖２．２拉伸試樣，單位：ｍｍ??巧長．２．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｆｏｒ?化ｎｓｉｏｎ?ｔ；ｅｓｔ?ｓａｍｐｌｅ，ｕｎｉｔ：?ｍｍ??２．３．３．２拉伸力學性能測試??被材拉伸力學性能檢測采用國家標準《ＧＢ／Ｔ?２２８－２００２金屬室溫拉伸方法》試??驗在美國Ｉｎｓｔｒｏｎ公司的Ｉｎｓｔｒｏｎ４５０５和Ｉｎｓｔｒｏｎ５５８２萬能材料試驗機上進行，拉伸速率為??３．３ｘｌ（Ｔ６ｍ／ｓ，載荷精度為０．５％。試驗過程自動給出試樣的抗拉強度巧，屈服強度口?０．２。??延伸率５是在王具顯微鏡下
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本文編號：2840402