[论文解读] 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 properties参考文献 39被引用 16

一句话总结

本研究利用电子背散射衍射（EBSD）分析准静态和高应变速率变形后的显微组织演化，探讨了应变速率对商业纯锆中滑移和形变孪生的影响。主要发现表明，更高的应变速率促进形变孪生并减少活性滑移系，直接通过晶体学取向和形变模式竞争影响材料的强度和加工硬化行为。

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.

研究动机与目标

• 理解应变速率对锆中形变机制（特别是滑移和孪生）的影响。
• 将力学行为与晶体学取向和形变模式激活相关联。
• 通过事后EBSD分析识别活性滑移系和孪生类型。
• 将强度和加工硬化的变化与孪生倾向及活性滑移系数量相关联。
• 研究加载方式对孪生形貌和滑移系活性的影响。

提出的方法

• 对商业纯锆进行准静态和高应变速率压缩试验，应变达到10%工程应变。
• 事后电子背散射衍射（EBSD）分析，通过局部晶界取向差图谱识别孪生。
• 利用长程晶内取向差图谱识别活性滑移系。
• 基于EBSD数据中观察到的晶体学取向关系对孪生类型进行分类。
• 将显微组织特征与宏观力学响应数据相关联。
• 对不同形变条件下孪生密度、形貌和滑移系活性进行统计分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 应变速率如何影响锆中滑移系的激活？
• RQ2 在高应变速率加载下形成何种类型的形变孪生？其与准静态条件下形成的孪生有何不同？
• RQ3 孪生倾向的相对大小如何影响锆的整体强度和加工硬化行为？
• RQ4 晶体学取向与活性滑移系及孪生模式的选择之间存在何种关系？
• RQ5 孪生形貌和分布如何随加载方式和应变速率变化？

主要发现

• 高应变速率变形相比准静态加载显著提高了形变孪生的倾向。
• 在高应变速率条件下，活性滑移系数量减少，导致位错介导的塑性降低。
• 识别出的孪生类型包括{101¯2}和{101¯3}孪生，不同应变速率区间下表现出明显的形态差异。
• 观察到孪生相对激活程度与材料强度及加工硬化程度之间存在强烈相关性。
• 局部晶界取向差图谱实现了对孪生界和孪生类型的明确识别。
• 晶内取向差分析证实，<a>滑移在两种加载条件下占主导地位，尽管在高应变速率下活性有所降低。