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

作     者：陈宝凤 

作者单位：重庆理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周志明;柴林江

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：锆合金 显微组织 HCPEB EBSD 激光 织构 

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p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°/),而非{10(?)1}晶面的孪生关系(57.05°／),且α板条间的共享平面为{10(?)1.06}。炉冷样品在pα转变过程中发生了强烈的变体选择,产生了明显的“织构ig,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{10(?)2}和{11(?)1}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,并出现典型火出坑形貌的熔坑。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}、{11(?)0}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{11(?)0}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→a)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°/)。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。