强流脉冲电子束和脉冲激光对Zr702表面组织及织构的影响研究

摘要

本论文以一种商业纯锆Zr702为研究对象，综合采用电子背散射衍射(EBSD)、电子通道衬度像(ECC)、X射线衍射(XRD)及显微硬度等多种测试分析技术，系统地研究了经不同冷却方式（水冷、空冷和炉冷）进行β→α转变的组织、取向特征及力学性能（硬度）的影响规律，并分析了相变过程中发生的变体选择行为及其对样品织构的影响；以及利用强流脉冲电子束(HCPEB)和脉冲激光对Zr702合金进行表面处理，研究不同脉冲次数及不同激光功率对其微观组织及织构的影响规律。主要研究结论如下：　　(1) Zr702合金经β相水冷、空冷和炉冷等三种不同的冷却方式分别获得、Basket-weave魏氏组织、Parallel-plate魏氏组织和Lenticular组织。其中，水冷的组织用EBSD细致的表征后，首次证实了α板条界的取向差关系为第二种Burgers取向差关系(?60?/?1120)，而非{1011}晶面的孪生关系(?57.05?/?1120)，且α板条间的共享平面为{1011.06}。炉冷样品在β→α转变过程中发生了强烈的变体选择，产生了明显的“织构记忆”现象，完全遗传了初始状态基面双峰织构的特征，且织构强度略微增强，其中出现的类孪晶片层证实为{1012}?1011?和{1121}?1126?拉伸孪晶；而空冷和水冷样品，均没有发生明显的变体选择。α板条的宽度随冷却速率的增加而逐渐减小，并确定了两者对数间的线性关系。　　(2)强流脉冲电子束处理后，表面显微组织分析显示，Zr702样品表面极速熔化和冷却过程中发生马氏体相变，得到完全α马氏体，并出现典型火山坑形貌的熔坑。XRD分析结果显示，经HCPEB处理后，衍射峰的宽度随着轰击次数的增加越来越宽，其中{0002}、{1120}和{1010}晶面的峰强均发生显著变化；择优取向由标准的基面双峰织构择优到了{1120}晶面的单轴织构。材料表面的显微硬度经HCPEB处理后也显著升高，且随着脉冲次数的增加呈逐渐升高的趋势。　　(3)采用400、200、100、50和25W等五种不同的激光功率对Zr702合金进行表面处理，处理后织构变得较为分散。对于400W样品，改性区可以分为三个部分：熔化区(MZ)、固态相变区(SSPTZ)和再结晶区(RXZ)，RXZ中不规则的再结晶晶粒内部的SPPs呈线性分布表明板条组织更早的形成于此区域；200、100和50W样品，改性区则可分为两个部分：MZ和SSPTZ；而25W样品，由于功率足够小，样品表面不发生熔化，只发生固态相变，改性区只有SSPTZ。其中，SSPTZ又可分为SSPTZ-1（β→α）和SSPTZ-2（α+β→α），在SSPTZ-2中的未转变的原α晶粒，由于应力诱发马氏体相变过程中产生了大量的位错滑移或回复，在其内部形成了大量的亚晶。在50和25W样品中观察到具有“indentation mark”形貌的3个α板条的聚集体，且其晶界取向差特征被确定为第二种Burgers取向差关系(?60?/?1120)。激光处理后，改性区的硬度明显升高，且 MZ范围内的平均硬度高于 SSPTZ。改性区的深度和宽度随激光功率的减小而减小，近似呈线性关系。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 锆合金的β→α相变

1.3 锆合金的表面处理的国内外研究现状

1.4 本课题主要研究内容

2 实验材料及方法

2.1 实验材料

2.2 实验方案

2.3 测试方法及样品制备

3 Zr702的β→α转变组织研究

3.1 引言

3.2 收货态的微观组织及织构

3.3 不同β→α冷却速率下的微观组织

3.4 本章小结

4强流脉冲电子束对Zr702表面处理组织演变研究

4.1 引言

4.2 脉冲次数对微观组织的影响

4.3 脉冲次数对物相结构变化的影响

4.4 脉冲次数对织构的影响

4.5 脉冲次数对硬度的影响

4.6 本章小结

5 不同激光功率对Zr702表面组织及织构的影响研究

5.1 引言

5.2 400W功率下的微观组织及织构

5.3 200W功率下的微观组织及织构

5.4 100W功率下的微观组织及织构

5.5 50W功率下的微观组织及织构

5.6 25W功率下的微观组织及织构

5.7 不同的激光功率对改性区硬度及深宽的影响

5.8 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

附录 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果