不同初始取向锆合金压缩变形行为研究

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金属的塑性变形主要依靠滑移和孪生,而密排六方结构金属对称性低,独立滑移系少,并且受到轴比c/a、变形温度、变形速率、晶体取向、堆垛层错能、晶粒大小及第二相等的影响,因此,密排六方晶体的变形要比面心立方晶体和体心立方晶体复杂得多。锆合金的变形机制主要是滑移和孪生,对于合金元素、变形温度、应变速率、变形方式、晶粒大小等因素对锆合金力学性能、微观组织以及织构的影响规律已经开展了很多卓有成效的工作,使得人们对锆合金的变形机制有了一定的认识。但是,由于密排六方结构金属的一个重要特性是各向异性,即在沿c轴和沿a轴的力学及物理性能呈现差异的特性,因此,晶粒取向是影响其变形机制的一个非常重要的原因。国外的很多研究工作主要集中在具有强烈基面织构的纯锆板材,而对于含有合金元素的锆合金,初始取向对其塑性变形行为及变形机理等方面的研究工作还开展得很少。本论文选用具有典型双峰织构的热轧退火态锆合金板材,设计了四种不同初始取向的样品,沿原板材的横向(TD)方向,取其压缩轴分别与原板材的法向(ND)成0°、30°、60°和90°夹角。在不同的变形条件下(温度、应变速率)进行单轴压缩试验,利用电子背散射衍射(EBSD)技术,对变形前后样品微观组织及织构进行表征,得到其组织和织构的演变规律,结合滑移Schmid Factor计算和孪晶变体选择计算,详细分析了初始取向对锆合金力学行为、加工硬化行为、动态再结晶行为的影响,研究了锆合金宏观力学性能与微观组织结构之间的关系。主要得到以下结论:1)样品在进行压缩变形时的宏观变形抗力随着初始角度的增大而降低。高温变形过程中,随着初始角度的增大,样品的动态再结晶效应逐渐减弱,锆合金在变形过程中呈现连续动态再结晶的特点。2)四种初始角度样品在压缩60%之后,四种初始角度样品中,绝大部分晶粒c轴均转向压缩轴方向,仍为双峰织构。3)随着样品初始角度增大,{10(?)0}柱面<a>滑移的SF逐渐增大,{10(?)0}柱面<a>滑移更容易启动。0°和30°样品中,柱面<a>滑移的SF较小,使得柱面<a>滑移的启动变得困难,需要更高的外加应力启动锥面<c+a>滑移才能发生塑性变形。4)在室温和650℃下进行压缩变形,随着压缩轴与ND方向夹角的增大,{10(?)2}拉伸孪晶逐渐增多;在0°样品和30°样品中,发现了{1011}压缩孪生,以及在其内部还伴随着少量的{10(?)1}-{10(?)2}二次孪晶。5)高温下,对于{10(?)1}拉伸孪晶,当晶粒中只有一种孪生变体出现时,通常出现的是SF最大的变体,而当晶粒中出现多种变体时,出现的变形不再是SF最大的变体,不遵循Schmid定律。
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