[論文レビュー] Characterisation of slip and twinning in high rate deformed zirconium with electron backscatter diffraction

Vivian Tong, Euan Wielewski+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 1, 2018

Microstructure and mechanical propertiesMaterials Science参考文献 39被引用数 16

ひとこと要約

本研究では、準静的および高応変率変形後の微細組織の進化を分析するために電子線バックサトレーション回折（EBSD）を用いて、商業的に純粋なジルコニウムにおける応変率効果が滑りおよびタングステン化に与える影響を調査した。主な発見では、応変率が高くなると変形タングステン化が促進され、活性化される滑り系が減少し、結晶学的 Texture と変形モードの競合を通じて、強度および硬化挙動に直接的な影響を及えることが明らかになった。

ABSTRACT

Zirconium alloys are used in the nuclear industry as structural materials, and can be subject to high strain rate loading conditions during forming and in the case of a reactor accident. In this context, the relationship between strain rate dependent mechanical properties, crystallographic texture and deformation modes, such as slip and deformation twinning, are explored in this work. Commercially pure zirconium is deformed to 10 % engineering strain under quasi-static and high strain rate loading, and post-mortem analysis of the samples is performed using electron backscatter diffraction (EBSD) to observe different twin and slip systems activated. Twin types are identified from local intergranular misorientation maps, and active slip systems are identified from long range intragranular misorientation maps. We link characterisation of the mechanical responses, twin types and morphologies, and relative slip system activation as a function of loading mode. We find that variations in strength and hardening can be related to the relative propensity of twinning and the number of active slip systems.

研究の動機と目的

• ジルコニウムにおける変形メカニズム、特に滑りおよびタングステン化に及ぼす応変率の影響を理解すること。
• 機械的挙動を結晶学的 Texture および変形モードの活性化と関連付けること。
• 末期のEBSD分析を用いて活性化される滑り系およびタングステン型を特定すること。
• 強度および硬化挙動の変化を、タングステン化の相対的傾向および活性化される滑り系の数と関連付けること。
• 荷重モードがタングステンの形態および滑り系の活性に与える影響を検討すること。

提案手法

• 10%の工学的ひずみまでに達する商業的に純粋なジルコニウムの準静的および高応変率圧縮試験。
• タングステンの同定のための、末期の電子線バックサトレーション回折（EBSD）分析により、局所的な粒界間ミスオリエンテーションをマッピング。
• 長距離の粒内ミスオリエンテーションマップを用いて、活性化される滑り系を同定。
• EBSDデータで観察された結晶学的方位関係に基づいて、タングステン型を分類。
• 微細組織的特徴とマクロな機械的応答データの相関。
• 変形条件ごとのタングステン密度、形態および滑り系活性の統計的分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 応変率はジルコニウムにおける滑り系の活性化にどのように影響するか？
• RQ2 高応変率荷重下で形成される変形タングステンの種類は何か。また、準静的条件下で形成されるものとはどのように異なるか？
• RQ3 タングステン化の相対的傾向が、ジルコニウム全体の強度および硬化挙動に与える影響は何か？
• RQ4 結晶学的 Texture と、活性化される滑り系およびタングステンモードの選択との間にどのような関係があるか？
• RQ5 タングステンの形態および分布は、荷重モードおよび応変率によってどのように変化するか？

主な発見

• 高応変率変形では、準静的荷重と比較して、変形タングステン化の傾向が高まる。
• 高応変率条件下では、活性化される滑り系の数が減少し、不純物に起因する塑性変形が低下する。
• 同定されたタングステン型には{101¯2}および{101¯3}タングステンが含まれ、応変率領域ごとに明確な形態的差異が観察された。
• タングステン化の相対的活性化と材料の強度および硬化の増加との間に明確な相関が観察された。
• 局所的な粒界間ミスオリエンテーションマップにより、タングステン界面およびタングステン型の明確な同定が可能になった。
• 粒内ミスオリエンテーション解析により、両方の荷重条件下でも特定の滑り系（例：<a>滑り）が支配的であることが確認されたが、高応変率下では活性度が低下した。