预变形对Zr-Sn-Nb合金再结晶及时效析出行为的影响研究

发布时间：2020-05-16 18:04

【摘要】：本文以Zr-0.85Sn-0.4Nb-0.4Fe-0.1Cr-0.05Cu合金为研究对象,采用扫描电子显微镜(SEM)、电子通道衬度像(ECC)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)等多种表征手段,系统地研究了针对时效过程中的板条组织再结晶行为、再结晶晶粒尺寸、第二相形貌、分布演变、长大动力学以及析出规律,还研究了6%和12%预压缩变形对其的影响。主要研究内容如下:(1)Zr-Sn-Nb合金淬火后在550-700℃时效过程中,其基体组织主要分为两种形态,一种是时效初期的板条组织,另一种是随着温度的升高或保温时间的延长,由板条组织逐渐转变成的再结晶组织。板条组织的再结晶过程通过应变诱导晶界迁移(SIBM)机制来完成,再结晶后的组织保留了部分板条组织的取向差特征,且再结晶后原β晶界得到较完整地保留。(2)Zr-Sn-Nb合金在时效过程中的第二相析出与再结晶过程密切相关,随着板条组织再结晶的进行,第二相由时效初期的线型分布逐渐转变成随机化分布。当第二相充分析出后,其长大行为符合Kahlweit二阶长大动力学,其长大激活能为214 kJ/mol。透射结果分析显示,时效后的第二相种类主要有两种,分别是正交结构的Zr_3Fe(含有Cu元素)和六方结构的Zr(Fe,Cr,Nb)_2(C14-Laves相),且Zr_3Fe粒子的尺寸普遍比Zr(Fe,Cr,Nb)_2大。(3)引入预变形可以加速板条的再结晶过程,使其在较低的温度和较短的保温时间下完成,能细化再结晶晶粒,且12%预变形比6%的细化作用更显著。与未引入预变形不同,预压缩变形的板条通过亚晶合并长大机制进行再结晶,再结晶组织与板条组织间取向差特征无相似之处,原β晶界有逐渐消失的迹象。引入预变形还可以促进第二相粒子的弥散化分布,第二相粒子的平均尺寸减小。预变形使合金的第二相长大激活能略有降低,6%预压缩变形后的第二相长大激活能为203kJ/mol,12%预变形后为202 kJ/mol,但引入预变形不会对Zr-Sn-Nb合金在时效过程中析出的第二相种类产生影响。
【图文】：

形核,形核机制,亚晶,再结晶

5粒较细小的方向弓出，而被这一段晶界扫过的区域，位错密度会发生改变，降低之后成为无畸变的等轴新晶粒，形成再结晶晶核（如图1.1（b）所示），这种晶界形核机制称为晶界凸出形核机制，，也称为应变诱发晶界迁移（Strain Induced GrainBoundary Migration, SIBM）。Rumball和Coleman[18]的研究发现，经β淬火后的Zr-1.25Cr-0.1Fe 合金，其再结晶过程是通过应变诱发晶界迁移来形核的。而在Jedrychowski[19]的研究中，经17%压缩变形后的Zr702合金，其再结晶过程中也是应变诱发晶界迁移导致的，作者还用Monte Carlo模型进行模拟

二元合金相图,变形度,再结晶晶粒,金属的

金元素也可以起到细化晶粒的作用，这是因为合金元素一方面可以增加金属的变形储存能，另一方面会阻碍晶界的运动。图1.2 金属的变形度对再结晶晶粒大小的影响Fig. 1.2 The effect of deformability on recrystallization grain sizes1.3 锆合金中的第二相锆合金中添加的合金元素主要有Fe、Cr、Nb、Cu、Ni等，它们大多数在α-Zr中的固溶度都很小。Cr在α-Zr中的最大固溶度为200ppm，特别是在Zr-2合金α相中的最大固溶度仅为50ppm，余下的几乎完全以第二相粒子的形式存在；Fe在α-Zr中的固溶量也仅为0.03at.%，而在Zr-Cu二元合金相图中也表明，Cu在α-Zr中的固溶度仅约为0.2%[21, 22]。因此这些合金元素在锆合金中以金属间化合物的形式沉淀下来，形成析出相。研究[23, 24]表明，锆合金的耐腐蚀性能、晶粒长大行为、力学性能等均强烈受到析出相粒子的分布、大小及种类的影响。因此锆合金中第二相的研究是锆合金微观组织研究的重要内容。1.3.1 锆合金中第二相的种类① Zr-Sn系合金中的第二相Zr-Sn 系合金的典型代表有 Zr-2 、 Zr-4 合金。 Zr-2 合金中的第二相主要是Zr(Fe,Cr)2和Zr2(Fe
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TL341

【参考文献】