变形量和温度对纯钨再结晶特性影响研究

摘要

钨基材料被认为是聚变反应堆中面向等离子体材料（PFMs，如第一壁和偏滤器材料）的候选材料之一，其在高温服役条件下，可能会发生回复、再结晶和晶粒长大的现象而改变材料微观组织，引起材料性能的退化，如强度降低和再结晶脆化。这不仅关系到材料使用寿命，还会影响到核聚变装置的服役安全性。因此研究纯钨在高热条件下的损伤行为，具有重要的科学价值和工程意义。本文主要利用较高温度下等温退火实验来等效模拟聚变堆中高温服役条件，对纯钨在高温下的机械性能和显微组织演变进行了研究，并预测了其服役寿命。
　　通过对纯钨退火后的机械性能演变的研究表明，随着变形量的增加，再结晶温度会下降，50％、67％和90％（W50、W67和W90）轧制比纯钨表观再结晶温度点大约分别为1307℃、1130℃和1072℃左右。随着变形量增大，回复驱动力变大，回复动力学系数也越大，回复阶段硬度下降地也越快。等温退火过程中，硬度呈单调下降，再结晶体积分数单调上升，温度越高变形量越大，再结晶过程也越快。用经典JMAK方程描述了上述变形纯钨的再结晶动力学过程，并计算出W50、W67和W90表观再结晶激活能Q为478KJ/mol，496KJ/mol和447KJ/mol，分别预测出W50、W67和W90在900℃时的使用寿命分别为172.7年、72.3年和8.5年，说明W50的使用寿命更长。
　　通过对纯钨在等温退火条件下的显微组织演变的研究表明，变形量一定时，退火温度越高，再结晶晶粒尺寸越大;而退火温度一定时，轧制量越大，再结晶晶粒尺寸越小。初始轧制态组织的取向对再结晶晶粒取向有很大影响，再结晶晶粒排布可以部分遗传初始轧制晶粒排布的取向。原始晶粒的大小影响着再结晶晶粒组织大小，随着轧制量的增加，原始轧制态平均晶粒尺寸减小，组织更加均匀，变形产生的位错增加，再结晶形核位点增加，再结晶晶粒增多，从而可以获得细小的再结晶等轴晶组织。XRD表明W90轧制板材RD/ND面变形过程中形成强烈的(110)基面织构，在1350℃等温退火时，(110)基面织构强度先减弱后增强，但总体来说仍处于减弱状态。EBSD结果说明轧制纯钨再结晶退火过程是大量的低角度晶界向高角度晶界转变的过程，原始轧制态低角度晶界大量存在，完全再结晶态下晶界取向差满足随机取向分布。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 钨在核聚变堆中的应用

1．2 钨及其合金的研究现状

1．2．1 钨及其合金的制备

1．2．2 塑性加工在钨中的应用

1．3 变形金属在高温退火过程中的性能变化

1．3．1 回复

1．3．2 再结晶

1．3．3 晶粒长大

1．4 研究回复、再结晶的实验方法

1．4．1 间接实验方法

1．4．2 直接实验方法

1．5．1 课题来源

1．5．2 课题研究意义及主要内容

第二章 实验材料及测试方法

2．1 实验材料

2．2 测试方法

2．2．2 显微硬度测试

2．2．3 光学显微镜观察

2．2．4 定量金相分析

2．2．5 织构分析

第三章 轧制纯钨在高温下的机械性能研究

3．1 轧制态纯钨再结晶放热分析

3．2 回复再结晶退火试验设计

3．3 轧制纯钨在等时退火条件下机械性能分析

3．4 轧制纯钨在等温退火条件下机械性能分析

3．5 等温退火钨再结晶动力学

3．5．1 再结晶动力学曲线

3．5．2 再结晶动力学分析

3．5．3 再结晶激活能

3．6 再结晶过程硬度退化曲线

3．7 本章小结

第四章 轧制纯钨在高温下的显微组织演变

4．1 轧制态纯钨显微组织

4．2 退火温度对纯钨再结晶过程显微组织演变影响

4．3 不同退火温度下完全再结晶晶粒分布统计

4．4 变形量对纯钨再结晶过程显微组织演变影响

4．5 不同轧制量下完全再结晶晶粒分布统计

4．6 织构演化分析

4．6．1 XRD分析

4．6．2 晶粒取向分布分析

4．7 本章小结

第五章 结论及展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文