初始状态对纯锆轧制变形机理的影响研究

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。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 锆的性能及应用

1.3 锆的塑性变形机制

1.4 锆的织构研究现状

1.5 课题的研究内容，技术路线，研究目的和意义

2 实验材料及方法

2.1 实验材料

2.2 纯锆轧制实验

2.3 显微组织观察

2.4 显微硬度测试

2.5 织构测试

2.6 孪生定量分析

2.7 孪生变体的确定

3 轧制温度对双峰织构纯锆轧制组织与织构的影响

3.1 纯锆在室温和液氮温度轧制过程中的显微组织演变

3.2纯锆室温和液氮温度轧制过程中的织构演变规律

3.3 分析与讨论

3.4 本章小结

4 初始晶粒尺寸对纯锆低温轧制变形机制的影响

4.1 大晶粒纯锆板材在液氮温度轧制时的显微组织特征

4.2 大晶粒纯锆板材在液氮温度轧制时的织构演变规律

4.3分析与讨论

4.4 本章小结

5 结 论

致谢

参考文献

附录

作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录