初始取向对锆合金变形行为及变形机制的影响

密排六方结构（HCP）锆合金各个滑移系和孪生系的启动受到临界分切应力（CRSS）的约束，而每个晶粒CRSS的大小又与变形前晶体的初始取向和外加应力密切相关，因此晶体的初始取向对塑性变形行为及变形机制影响显著。本研究拟采用现代分析技术，特别是可以定量分析形变及再结晶晶体微区取向的电子背散射衍衬系统（EBSD），和配置有能量过滤器和电子能量损失谱仪的场发射透射电镜，针对具有不同初始取向的具有双峰织构和强烈基面织构的两类锆合金样品，系统研究其在不同温度和应变速率下的塑性变形行为和变形机制。结合取向因子与相应分切应力的关系、孪生变体及作用机制等理论计算，揭示初始取向对锆合金压缩变形形为、微观组织及织构、滑移和孪生机制以及动态软化机制的影响规律。该项工作的顺利开展将为进一步阐明以锆合金为典型代表的HCP金属的塑性变形微观机理提供理论支持，对提高我国HCP金属加工技术的自主创新能力具有重要的工程意义。

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。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。本研究采用现代分析技术，特别是电子背散射衍衬系统（EBSD）和场发射透射电镜，针对具有不同初始取向的样品，在不同的温度和应变速率下对锆合金的塑性变形行为进行深入系统的研究，重点探索了初始取向对锆合金力学形为、微观组织及织构、滑移和孪生变形机制以及动态软化机制的影响规律。得到的重要结果如下：. 1、样品在进行压缩变形时的宏观变形抗力随着初始角度（晶体取向与样品法向之间的）增加而降低。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，绝大部分晶粒c 轴均转向压缩轴方向，但宏观织构仍为双峰织构。. 3、通过对Schmid Factor (SF) 的计算发现，随着样品初始角度增大，{10-10}柱面<a>滑移的SF逐渐增大，{10-10}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，一次{10-12}拉伸孪晶逐渐增多；在90°样品变形过程中，{10-12}拉伸孪晶对晶粒的旋转和织构变化起到了重要的作用。在0°样品和30°样品中，还发现了{10-11}压缩孪生，以及在其内部还伴随着少量的{10-11}-{10-12}二次孪晶。.5、高温下，对于{10-11}拉伸孪晶，当晶粒中只有一种孪生变体时，通常出现的是SF最大的变体，而当晶粒中出现多种变体时，出现的不再是SF最大的变体，不遵循Schmid定律。. 该项目得出的重要结论为进一步阐明以Zr合金为代表的密排六方结构金属的塑性变形微观机理提供基础理论方面的研究积累，对提高我国Zr合金等HCP结构工业金属板材料质量及板材加工技术的自主创新能力具有十分重要的意义。