ZR-SN-Nb合金在加工过程中组织织构演变规律及冷轧变形机制研究

摘要

本文以Zr-Sn-Nb锆合金板材为研究对象，采用配备在扫描电电子背散射衍射和二次电子成像技术，并结合X射线衍射，系统表征了Zr-Sn-Nb锆合金板材加工过程的微观组织及织构的演变规律；同时利用IGMA和塑性模拟两种方法分别定性和定量的研究了初始取向Zr-Sn-Nb锆合金冷轧变形机制及织构演变的影响。得到以下结论：
　　 (1)热轧原始板材晶粒为等轴状，热轧50％板材微观组织内部沿晶界产生形变带，热轧80%样品晶粒破碎，形变带与RD呈45°角夹角。初轧板材晶粒沿RD拉长，而终轧板材内部晶粒明显的拉长并在变形量达到30%后出现形变带，形变带与RD方向呈30°角。退火会使第二相粒子明显长大。不管是热轧还是冷轧，退火后轧制变形会使第二相粒子破碎，第二相粒子尺寸降低，轧制过程中，随着变形量的增加，第二相粒子尺寸会稍微长大。热轧原始板材为随机织构，热轧会使板材逐渐形成锆合金中典型的双峰织构。随后的冷轧过程中，织构基本保持不变。
　　 (2)利用XRD和EBSD研究90°板材和0°两种不同取向板材织构演变规律，结果表明初始取向对Zr-Sn-Nb板材冷轧过程的织构演变具有显著的影响，90°板材织构变化较大，由C⊥ND织构逐渐转变为双峰基面织构，而0°板材冷轧过程的织构变化很小，基本保持双峰基面织构不变。
　　 (3)利用IGMA对90°和0°板材变形机制研究表明90°板材在冷轧过程开启的变形机制有{1012｝拉伸孪晶，柱面滑移，基面滑移和锥面滑移，在变形初期，柱面滑移和{1012｝孪晶为主要的变形机制。而0°板材中没有发现孪晶的开启，变形机制只有滑移，柱面滑移开启量相对90°板材较少，非柱面滑移对变形的贡献大于90°板材。同时研究还发现孪晶和滑移存在竞争机制，{1012｝拉伸孪晶扩展所需的临界分切应力低于锥面滑移开启的临界分切应力，而{1122｝压缩孪晶的临界分切应力高于锥面滑移的临界分切应力，是导致90°和0°板材变性机制差异的重要原因之一。
　　 (4)采用松弛约束(Relaxed constrain，RC)模型模拟了90°板材和0°板材冷轧过程的织构演变，通过对比模拟织构与XRD实测织构之间的差异，证实了RC模型可以较好地模拟Zr-Sn-Nb合金冷轧过程的织构演变；通过对比不同变形机制的组合对模拟织构的影响，确定了锆合金冷轧过程塑性模拟时采用的最佳的变形机制为柱面滑移+基面滑移+{1011｝锥面滑移+{1012｝拉伸孪生，其相应的CRSS比值为1:5:9:2；对比了不同变形方式开启时模拟织构的差异，揭示了锆合金冷轧形成的双峰基面织构是由{1012｝拉伸孪生、{1011｝锥面滑移和基面滑移共同作用的结果；变形后期基面滑移和锥面滑移相对开启量之间比值保持不变是织构保持稳的重要原因。<1010>//RD织构主要是由于柱面滑移引起的。变形的不均匀性是形成基面织构的重要原因。