[논문 리뷰] Characterisation of slip and twinning in high rate deformed zirconium with electron backscatter diffraction

Vivian Tong, Euan Wielewski외 1명|arXiv (Cornell University)|2018. 03. 01.

Microstructure and mechanical propertiesMaterials Science참고 문헌 39인용 수 16

한 줄 요약

이 연구는 전단 속도 효과가 상업적으로 순수한 지르코니움에서의 슬립 및 투과에 미치는 영향을 분석하기 위해 전자반사행렬도(EBSD)를 사용하여 정적 및 고속 변형 후 미세구조의 진화를 조사한다. 주요 발견은 높은 전단 속도가 변형 투과를 촉진하고 활성 슬립 시스템을 감소시켜 결정학적 texture와 변형 방식 간의 경쟁을 통해 강도 및 하드닝 거동에 직접적인 영향을 미친다는 것이다.

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.

연구 동기 및 목표

• 지르코니움에서 전단 속도가 변형 메커니즘, 특히 슬립 및 투과에 미치는 영향을 이해하기 위해.
• 기계적 거동을 결정학적 texture 및 변형 방식 활성화와 연관지기 위해.
• 사후 EBSD 분석을 통해 활성 슬립 시스템과 투과 유형을 규명하기 위해.
• 강도 및 하드닝의 변화를 투과 경향성과 활성 슬립 시스템의 수와 연관지기 위해.
• 하중 방식이 투과 형태 및 슬립 시스템 활성도에 미치는 영향를 검토하기 위해.

제안 방법

• 상업적으로 순수한 지르코니움을 10% 공학적 변형도에 이르기까지 정적 및 고속 전단 속도 압축 시험을 실시.
• 사후 전자반사행렬도(EBSD) 분석을 통해 투과 식별을 위한 국소적 이계립간 오리엔테이션 불일치를 매핑.
• 장거리 내립편 오리엔테이션 불일치도를 사용하여 활성 슬립 시스템을 식별.
• EBSD 데이터에서 관찰된 결정학적 오리엔테이션 관계를 기반으로 투과 유형을 분류.
• 미세구조적 특징을 매크로스코픽 기계적 반응 데이터와 연관지기 위해.
• 변형 조건 간 투과 밀도, 형태 및 슬립 시스템 활성도에 대한 통계 분석 수행.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전단 속도는 지르코니움에서 슬립 시스템의 활성화에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 고속 전단 속도 하에서 형성되는 변형 투과 유형은 무엇이며, 정적 조건에서 형성되는 것과 어떻게 다를까?
• RQ3 투과의 상대적 경향성이 지르코니움의 전체 강도 및 하드닝 거동에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 결정학적 texture와 활성 슬립 시스템 및 투과 모드 선택 간의 관계는 무엇인가?
• RQ5 투과 형태 및 분포는 하중 방식과 전단 속도에 따라 어떻게 변화하는가?

주요 결과

• 고속 전단 속도 변형은 정적 하중 조건에 비해 변형 투과의 경향성을 높인다.
• 고속 전단 속도 조건에서는 활성 슬립 시스템의 수가 감소하여 디스locations 기반의 플라스틱성 감소가 발생한다.
• 식별된 투과 유형은 {101¯2} 및 {101¯3} 투과이며, 전단 속도 영역 간에 명확한 형태적 차이를 보인다.
• 투과의 상대적 활성화와 강도 및 하드닝 증가 사이에 강한 상관관계가 관찰되었다.
• 국소적 이계립간 오리엔테이션 매핑을 통해 투과 경계 및 투과 유형을 명확하게 식별할 수 있었다.
• 내립편 오리엔테이션 분석을 통해 고속 전단 속도 조건에서도 <a> 슬립이 주로 지배적인 슬립 시스템임을 확인하였으며, 다만 고속 조건에서는 활성도가 감소하였다.