合金成分及加工工艺对锆合金微观组织与织构影响的研究

论文摘要

锆合金因为具有良好的抗高温水及过热蒸汽的腐蚀性能、良好的力学强度和塑性以及较低的热中子吸收截面,在反应堆内得以广泛应用。而锆合金中的组织尤其是第二相粒子的种类、尺寸及分布对锆合金的抗腐蚀性能及机械性能有很大的影响,除此之外锆合金在加工过程中容易形成织构;而织构不仅影响锆合金中的氢化物取向和机械性能,还与辐照生长、应力腐蚀开裂、水侧腐蚀性能有关。而合金成分及热加工工艺对锆合金中的组织及织构有很大影响,掌握锆合金中组织及织构随成分及加工工艺的演变的规律成为我们优化锆合金性能的必要手段。本文通过背散射电子通道衬度相、背散射电子衍射、X射线衍射及透射电镜等多种分析手段对锆-铌及锆-锡-铌两个成分系列锆合金的组织及织构进行分析,并系统跟踪了锆合金各加工工序的组织及织构的演变,讨论了合金成分及加工工艺对锆合金组织、织构演变的影响。对锆-铌及锆-锡-铌两个成分系列锆合金组织及织构进行分析,研究结果表明:（1）合金成分不同的锆合金退火后均得到了细小再结晶组织,大多数晶粒尺寸在35um;锆合金退火态板材为较强的倾斜基面织构,多数晶粒<-12-10>∥R D方向,说明成分的改变对锆合金的组织及织构影响不大。（2）合金成分对锆合金中第二相影响较大,Zr-Sn-Nb合金中第二相均匀弥散分布,尺寸为50100nm,透射电镜衍射花样标定结果显示,合金中存在的第二相一种为六方结构的Zr（NbFeCr）2相,还有一种为面心立方（ZrNbCr）2Fe相;在添加铜元素的Zr-Nb合金中存在两种类型的第二相:第一种第二相尺寸在50150nm之间,呈椭圆状,并且在晶粒内弥散分布,透射电镜衍射花样标定结果表明,这种第二相为体心立方（BCC）结构的β-Nb相,另外一种第二相尺寸较粗大,约在200～500nm之间,为棒状或多边形,多数沿晶界析出,透射电镜衍射花样标定结果为含Fe和Nb的四方结构的Zr2Cu相。通过对T6合金板材各个加工阶段的微观组织及织构进行分析可以得出以下结论:（1）T6合金固溶淬火后的得到了板条马氏体组织,在随后的热轧过程中,由于变形量较大,组织中原始晶粒沿轧制方向被拉长,并有一些等轴状再结晶晶粒,经过随后的两次轧制-退火处理,最终得到均匀的再结晶组织,晶粒尺寸为35um。（2）经热轧后,锆合金板材从最初的随机织构演变为较强的基面织构,并向TD方向偏转一定角度,在随后的加工过程中始终保持了这种织构类型,只是轧制态的取向因子比退火态的取向因子高,在轧制样品中{0001}<10-10>织构类型占主导,而在退火样品中{0001}<11-20>类型织构占主导。（3）淬火后合金元素完全固溶在基体中,热轧时原来固溶在基体中的合金元素以第二相形式析出,并且局部沿轧制方向呈带状分布,热轧退火后第二相颗粒明显长大,之前的带状组织也随之消失,随后的退火样品中的第二相比轧制态中第二相分布更为均匀。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 锆合金性能及应用
• 1.2.1 锆合金的性能
• 1.2.2 锆合金的应用
• 1.3 锆合金的发展
• 1.3.1 锆合金的历史
• 1.3.2 锆合金的发展现状
• 1.4 锆的合金化
• 1.4.1 锆的合金化原理
• 1.4.2 合金元素的作用
• 1.4.3 锆合金中的第二相
• 1.5 锆合金的塑性变形
• 1.5.1 锆合金的塑性变形机理
• 1.5.2 锆合金的塑性加工
• 1.5.3 锆合金中织构的形成及影响
• 1.6 织构的测量与表征
• 1.6.1 晶体取向的概念
• 1.6.2 织构的表示方法
• 1.7 课题研究内容及意义
• 2 实验材料及实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 金相实验
• 2.3 背散射电镜实验
• 2.4 二次电子像实验
• 2.5 X 射线衍射实验
• 2.6 背散射电子衍射实验
• 2.7 透射电子显微镜实验
• 3 合金成分对锆合金组织与织构的影响
• 3.1 合金成分对锆合金组织的影响
• 3.2 合金成分对锆合金织构的影响
• 3.2.1 宏观织构
• 3.2.2 微观织构及取向差
• 3.2.3 晶粒取向差分布
• 3.3 第二相结果分析
• 3.3.1 第二相二次电子相分析
• 3.3.2 第二相透射电镜分析
• 3.4 本章小结
• 4 加工工艺对锆合金组织及织构的影响
• 4.1 加工过程中锆合金组织演变
• 4.2 加工过程中织构演变规律
• 4.2.1 宏观织构
• 4.2.2 微观织构
• 4.2.3 取向差
• 4.3 加工过程中第二相演变规律
• 4.4 本章小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录