室温ECAP+旋锻制备超细晶工业纯锆高周疲劳行为研究

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1、西安建筑科技大学硕士学位论文室温ECAP+旋锻制备超细晶工业纯锆高周疲劳行为研究专业：材料加工工程硕士生：柳峰导师：杨西荣教授摘要本文以工业纯锆为研究对象，主要通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、室温拉伸实验和高周疲劳实验等方法，对等通道挤压变形(EqualChannelAngularPressing，ECAP)+旋锻(RotarySwaging，RS)复合细化超细晶工业纯锆的显微组织、力学性能、尤其是高周疲劳性能做了系统研究。主要研究内容和结论如下：超细晶工业纯锆微观组织观察表明：ECAP+RS复合加工可使工业纯锆组织明显细化，晶粒尺寸约250nm，而且制备的超细晶工业

2、纯锆中存在大量的位错胞、位错缠结区以及少量的亚晶。室温拉伸实验结果表明：ECAP+RS复合细化工艺可使工业纯锆的室温抗拉强度和屈服强度得到明显提高，增幅分别为114%和190%。7ECAP+RS复合细化工艺之后，工业纯锆的条件疲劳极限（循环基数为10cyc.）得到很大提高。超细晶工业纯锆S-N曲线采用Basquin关系拟合的数学模型为：-0.06σa=750Nf，条件疲劳极限为285MPa，较粗晶工业纯锆提高了70%。粗晶和超细晶工业纯锆的静拉伸强度和疲劳极限关系分别为：σ-1=0.54σb和σ-1=0.39σb。不同应力幅超细晶和粗晶工业纯锆在高周疲劳试验条件下，其应变响应特性存在很大差异

3、：粗晶工业纯锆在循环加载过程中经历了先软化后硬化的过程，而超细晶工业纯锆循环应变响应特征从一开始就表现为应变饱和特征。疲劳后微观组织分析表明：对于粗晶工业纯锆而言，疲劳后较疲劳前位错密度增加，而且有少量孪晶生成，表明位错滑移为粗晶工业纯锆的主要疲劳损伤机制，同时伴随着孪生变形。而对于超细晶工业纯锆而言，当应力幅较低时，晶粒破碎，晶界模糊，部分区域含有位错束；随着应力幅的增加，超细晶工业纯锆内部发生了由位错束向位错胞的位错组态转变，而且较原始超细晶晶粒稍有长大，晶界逐渐变得比较清晰，表明在高周疲劳条件下，位错滑移是超细晶工业纯锆主西安建筑科技大学硕士学位论文要的疲劳损伤机制。疲劳断口分析表明：

4、粗晶和超细晶工业纯锆的疲劳断口均为典型的疲劳断口形貌。疲劳裂纹萌生于试样表面，而且随着应力幅的增加，有多源化趋势。裂纹在扩展中产生大量疲劳辉纹，随着应力幅的增加，疲劳辉纹间距增大。应力幅越大，宏观疲劳断口越粗糙，裂纹扩展速率越快。在不同组织工业纯锆疲劳裂纹扩展区，超细晶工业纯锆的疲劳条纹间距较粗晶工业纯锆更加细小平直，疲劳裂纹扩展较为缓慢。关键词：工业纯锆；超细晶；高周疲劳性能；循环应变响应；断裂机理西安建筑科技大学硕士学位论文HighCycleFatiguePropertyofCommerciallyPureZirconiumProcessedbyECAPandRotarySwaginga

5、tRoomTemperatureSpecialty:MaterialsProcessingEngineeringAuthor:LiuFengSupervisor:Prof.YangXirongABSTRACTInordertofurtherexpandtheapplicationfieldofpurezirconium,themicrostructure,mechanicalpropertiesandespeciallyhigh-cyclefatigueperformanceofultrafinegrainedcommerciallypurezirconium(UFGCPZr)fabrica

6、tedbyEqualChannelAngularPressing(ECAP)+RotarySwaging(RS)atroomtemperaturewereinvestigatedsystematicallybytransmissionelectronmicroscopy(TEM),scanningelectronmicroscopy(SEM),tensiletestandhigh-cyclefatiguetest.Themainresearchcontentsandconclusionsareasfollows.ThemicrostructureofUFGCPZrshowsthattheco

7、mbinedprocessingofECAP+RScanrefinethegrainswithaveragegrainsizeofabout250nm.Thereareahighdensityofdislocations,alargenumberofdislocationcellsanddislocationtangleszonesandasmallamountofsubgrains.Thetensilete