【摘要】：由于其優(yōu)異的耐腐蝕性能、較低的熱中子吸收截面和適中的力學(xué)性能,鋯(Zr)合金廣泛應(yīng)用在核工業(yè)領(lǐng)域。Zr-4合金是一種典型的商用鋯合金,主要用于制備核反應(yīng)堆燃料組件中的包殼管和定位隔架。本文研究了Zr-4合金在兩種變形過程中(軋制、平面內(nèi)單向壓縮)以及后續(xù)退火過程中的組織與織構(gòu)演變規(guī)律與機(jī)制,為Zr-4合金成形性能的進(jìn)一步提升奠定了一定的理論基礎(chǔ)。以熱軋退火態(tài)的Zr-4板材為實(shí)驗(yàn)材料,以電子背散射衍射(EBSD)為主要研究方法,首先分析了初始Zr-4合金板材分別在室溫和液氮溫度下的軋制變形和后續(xù)退火處理過程中的組織演變規(guī)律。然后,針對(duì)軋制、退火處理后的Zr-4合金板材,研究了軋制方向壓縮變形以及后續(xù)退火過程中的組織與織構(gòu)演變規(guī)律及機(jī)制。主要結(jié)論如下:在液氮溫度下、軋制變形量達(dá)40%時(shí),初始Zr-4合金板材中沒有出現(xiàn)明顯的孿晶片層,這可能是由于初始晶粒尺寸較小,激活孿生的應(yīng)力較高有關(guān)。與室溫軋制相比,液氮軋制中的不均勻變形現(xiàn)象更加顯著,這可能是因?yàn)榛葡档呐R界剪切應(yīng)力(CRSS)值隨著變形溫度的降低而顯著增加,從而增強(qiáng)了晶粒變形對(duì)初始取向的依賴性。在相同軋制應(yīng)變量條件下,與室溫軋制相比,液氮軋制促進(jìn)了再結(jié)晶晶粒的生長(zhǎng),這可能歸因于低溫軋制誘導(dǎo)的非均勻變形,這給予了再結(jié)晶晶核的尺寸優(yōu)勢(shì)和取向差優(yōu)勢(shì)。針對(duì)液氮軋制+退火處理后的Zr-4板材的RD壓縮變形過程中,隨著變形量的增大,拉伸孿晶的面積分?jǐn)?shù)和數(shù)量也隨之增加。在壓縮變形后的退火過程中,預(yù)制孿晶界可能會(huì)發(fā)生熱激活遷移,孿晶界的熱遷移主要使得孿晶長(zhǎng)大,同時(shí)促使孿晶誘導(dǎo)的織構(gòu)組份得到強(qiáng)化。預(yù)制孿晶界的熱激活遷移與變形量的大小相關(guān),較低變形量時(shí),遷移溫度越高,甚至在接近相變點(diǎn)溫度時(shí)都不發(fā)生遷移;較大變形量時(shí),遷移溫度越低,這可能是因?yàn)榇笞冃瘟吭斐闪藢\晶界面共格性的喪失(提高了孿晶界面的可動(dòng)性),同時(shí)增加了孿晶界面兩側(cè)的應(yīng)變能差異(提高了孿晶界面遷移的驅(qū)動(dòng)力)。
【圖文】：

圖 1.1 密排六方金屬的滑移系示意圖:(a)基面滑移系; (b)柱面滑移系; (c){10-11}錐面滑移系;(d){11-22}錐面滑移系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密排六方金屬的滑移種類可以分為<a>型滑移和<c+a>型滑移這兩種，<a>型的滑移只能夠提供 4 個(gè)單獨(dú)的空間滑移系，而<c+a>型的滑移則可以提供 5 個(gè)獨(dú)立的滑移系，可以用來(lái)滿足多晶體發(fā)生變形時(shí)所需要的協(xié)調(diào)條件[18-21]。HCP 金屬發(fā)生變形時(shí)提供的獨(dú)立滑移系數(shù)如下表 1.1 所示[18]。

b145aa250 300/180Be 1.568 基面滑移≥1990b注：表中右上標(biāo) a 的表示基面，，標(biāo) b 的表示柱面1.3.2 孿生孿生是密排六方金屬材料在變形過程中的另一種重要的變形方式。鋯在下的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方結(jié)構(gòu)，具有較低對(duì)稱性。由于鋯合金的滑移系較少能滿足均勻變形的需要，因此在變形過程中往往需要孿生來(lái)協(xié)調(diào)變形。近年者們對(duì)于孿生進(jìn)行了大量研究，對(duì)孿生能夠引起材料機(jī)械性能的變化以及組變化等方面也有較大的進(jìn)展。孿生實(shí)質(zhì)上是參與變形區(qū)域的原子和沒有參加區(qū)域的原子以孿晶界面構(gòu)成一種鏡面對(duì)稱的取向關(guān)系，如圖 1.2 所示[26]。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TL341

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2710695