鈹(Be)具有優(yōu)異的物理性能(低密度,高剛度,強(qiáng)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(xué)性能,在武器、慣性導(dǎo)航、核能、紅外光學(xué)和高能物理學(xué)等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。但Be的室溫脆性是其致命弱點(diǎn),故解析Be的脆性機(jī)理,進(jìn)而提高Be的塑性一直是Be科學(xué)研究的關(guān)鍵問題。我國歷史上重視Be的工藝技術(shù)研究,相應(yīng)的基礎(chǔ)研究工作較少,對影響B(tài)e的塑性機(jī)制缺乏認(rèn)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(jī)制進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究,主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：1、通過SEM原位拉伸試驗(yàn)、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(kuò)展行為,以及微觀組織缺陷對多晶Be塑性的影響機(jī)制。結(jié)果表明：多晶Be微裂紋起源于晶粒內(nèi)一側(cè)晶界,穿晶擴(kuò)展,在另一側(cè)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(kuò)展的主要路徑。因晶界對裂紋擴(kuò)展強(qiáng)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(kuò)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(dá)到裂紋臨界擴(kuò)展尺寸,這是造成多晶Be延伸率降低的主要原因。雜質(zhì)匯聚區(qū)、片狀晶體疏松和孔洞缺陷,相當(dāng)于在Be中預(yù)制一定尺寸的微裂紋；大顆粒雜質(zhì)和大晶粒造成局部應(yīng)力集中；晶界薄膜狀雜質(zhì)析出物,容易造成多晶Be晶界結(jié)合強(qiáng)度降低而引發(fā)晶間斷裂。2、通過拉伸/壓縮應(yīng)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(yàn),研究多晶Be拉伸/壓縮應(yīng)力狀態(tài)下的變形行為。結(jié)果表明：拉伸應(yīng)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(yīng)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(xiàn),孿晶變形主要發(fā)生在壓縮變形初期(壓縮應(yīng)變≤5.74%)。壓縮應(yīng)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(yīng)力狀態(tài)下,多晶Be的孿晶變形不易導(dǎo)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(zhì)BeO在組織中的分布形態(tài),研究BeO雜質(zhì)對鈹材塑性的影響。結(jié)果表明：相比于BeO含量,BeO雜質(zhì)的分布狀態(tài)和顆粒尺寸對力學(xué)性能的影響更為關(guān)鍵。彌散細(xì)小分布的BeO雜質(zhì)對多晶Be主要起第二相粒子強(qiáng)化作用,對延伸率影響不大。但隨著BeO雜質(zhì)顆粒的增大,BeO與Be基體之間的應(yīng)力集中加劇,多晶Be表現(xiàn)出明顯的脆性。BeO雜質(zhì)強(qiáng)化和脆化Be基體的臨界尺寸在300 nm左右。4、利用EBSD技術(shù)分析了熱等靜壓鈹材的晶界特征分布,研究鈹粉末燒結(jié)體熱等靜壓時的微觀組織演化過程及其對塑性的影響。結(jié)果表明：鈹粉末燒結(jié)體熱等靜壓時存在回復(fù)和再結(jié)晶。再結(jié)晶晶粒與Be基體存在特定取向關(guān)系,這些取向大部分位于Be的重位點(diǎn)陣(Coincidence Site Lattice, CSL)晶界附近。通過回復(fù)和再結(jié)晶,鈹粉末燒結(jié)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(jié)體回復(fù)再結(jié)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(qiáng)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(jī)理及其改善鈹材塑性的機(jī)制。結(jié)果表明：鑄造Be-Al合金裂紋形核于Be相內(nèi)部,終止于A1相,Be/Al兩相界面結(jié)合強(qiáng)度大于Be相強(qiáng)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(xì)薄組織,Be/Al兩相界面結(jié)合強(qiáng)度小于Be相的強(qiáng)度。Be-Al合金的裂紋長大和擴(kuò)展方式與多晶Be的裂紋擴(kuò)展長大和方式十分相似,但在多晶Be中,對裂紋擴(kuò)展起阻擋作用的是晶界,而在Be-Al合金中,A1相承擔(dān)起對裂紋擴(kuò)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(yīng)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(jī)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(chǔ)信息。依據(jù)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(xì)小分布雜質(zhì)對多晶Be塑性影響不大”的客觀事實(shí),利用Be中固有雜質(zhì)(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(qiáng)度(或稱精密彈性極限)達(dá)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(xué)位單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)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(dāng)?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(rèn)為，李晶變形容易導(dǎo)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(nèi)的應(yīng)力為臨界分切應(yīng)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(dá)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(xiàn)１３９］給出了不同晶粒尺寸的真空熱壓被材力學(xué)性能隨溫度的變化規(guī)律，??．它們表現(xiàn)出與文獻(xiàn)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(nèi)，??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(guān)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(xué)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(yàn)的應(yīng)變速率對Ｂｅ的初脆轉(zhuǎn)變溫度有顯著的影響。圖１．５是應(yīng)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(jī)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(biāo)距／〇?＝?２５?ｍｍ，直徑成＝６?ｍｍ。然后用化學(xué)腐蝕的方法將表面剝離??０．１０－化１２?ｍｍ，去除機(jī)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(xué)性??能測量取試樣３根，測量微屈服強(qiáng)度的熱等靜壓皺錠需額外再�。掣嚇�。??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(xué)性能測試??被材拉伸力學(xué)性能檢測采用國家標(biāo)準(zhǔn)《ＧＢ／Ｔ?２２８－２００２金屬室溫拉伸方法》試??驗(yàn)在美國Ｉｎｓｔｒｏｎ公司的Ｉｎｓｔｒｏｎ４５０５和Ｉｎｓｔｒｏｎ５５８２萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，拉伸速率為??３．３ｘｌ（Ｔ６ｍ／ｓ，載荷精度為０．５％。試驗(yàn)過程自動給出試樣的抗拉強(qiáng)度巧，屈服強(qiáng)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