纯钽异步轧制及后续退火过程中微观组织和织构演变研究

摘要

高纯钽作为具有高堆垛层错能的体心立方（BCC）金属，在传统的同步轧制中，极易形成沿厚度的微观结构和织构不均匀现象，在加工过程中的难以解决。在严重塑性变形方式中，异步轧制能够节省加工过程中所需的能源损耗，并对样品施加较大的剪切应变，从而有助于减轻样品的轧制组织不均匀性。由于异步轧制在钽板中较少应用，在本文中引入了一种新的异步轧制的技术来缓解这种不均匀性。使用结合90 °交叉轧制的同步轧制（SR）和结合90 °交叉轧制的异步轧制（ASR）对试样施加变形，轧制变形量为 80%；其中，ASR 采用了两种不同的轧制速度比，即设置上、下轧辊的转动线速度比为1.1和1.2；此外，为了对比轧制变形量对样品的影响，将异步轧制的样品另外轧制了 60%和 70%的变形量。采用光学显微镜观察轧制前原始试样的显微组织分布，通过 X射线衍射测试轧制样品及后续退火样品的宏观织构，然后应用电子背散射衍射技术观察样品在轧制及后续退火热处理过程中的整个厚度方向上的微观组织和结构，结合硬度计测量维氏硬度值以衡量样品的机械性能，结果表明：　　① 异步轧制使得晶粒分裂更加显著，甚至使得样品中心层及其附近的区域的晶粒发生了比同步轧制更为严重的晶粒分裂，从而使得更多的滑移系开动，能够减弱钽板在塑性变形过程中晶粒分裂的取向相关性，使得最终轧制的钽板呈现出{111}取向和{100}取向的变形晶粒交替分布的现象，从而减弱了同步轧制时极易出现的沿样品厚度方向的宏观织构梯度。　　② 在轧制时，除了变形晶粒的取向不均匀之外，通常组织也容易出现不均匀的现象；不同取向的晶粒分裂行为不同，其中{100}取向的晶粒和{111}取向的晶粒的分裂的不均匀行为尤其显著。异步轧制使得变形晶粒的取向呈现出更加随机的状态，同时缩小了不同取向的晶粒之间的储存能差异。　　③ 关于异步轧制的轧辊的转动线速度比的差别对样品加工效果的影响，在轧速比为1.2的轧制处理条件时，晶粒变形最为严重，晶粒之间的储存能差异最小，并且变形晶粒的取向分布的均匀化效果比转速比1.1时的均匀化效果更明显，从而初步可知，异步轧制的均匀化效果随着上、下轧辊之间线速度差异的增大而加强。　　④ 在异步轧制的轧辊轧速比为1.2时，当轧制变形量增大至80%时，样品中晶粒的破碎和分裂效果比变形量为60%或70%的更严重；并且在整个厚度方向上，每个厚度层之间的宏观变形织构的分布差异更小，故异步轧制使得晶粒分裂和厚度层之间的织构分布的均匀性方面随着变形量的增大而逐渐显著。　　⑤ 同步轧制形成的{100}取向的晶粒具有比较弱的形核趋势，在退火时发生“织构遗传”现象，即{100}取向的变形晶粒以残余变形带的形式出现在退火样品内；与此同时，{111}取向的晶粒由于储存能较高而较快地发生再结晶，导致最终的再结晶组织具有严重的晶粒尺寸及取向分布的不均匀性。异步轧制由于在轧制时使得样品中的晶粒分裂更为彻底、滑移系开动更多，获得了晶粒取向分布较为随机的变形组织，所以在进行退火以后能够获得均匀分布的、取向随机且尺寸细小的再结晶组织。

目录

1 绪论

1.1 课题背景和意义

1.2.1 异步轧制

1.2.2 塑性变形方式

1.2.3 晶粒分裂的取向相关性

1.2.4 再结晶的取向相关性

1.2.5 电子背散射衍射技术表征晶粒取向演变

1.3 研究内容

2 试验材料与研究方法

2.1 试验材料

2.2 轧制工艺

2.3 退火制度

2.4 表征方法

2.4.1 X射线衍射技术

2.4.2 电子背散射衍射技术

2.5 本章小结

3 异步轧制对钽板微观组织及织构梯度的影响

3.1 钽板冷轧前的显微组织与织构

3.2 轧速比对组织和织构的影响

3.2.1 沿厚度方向的显微结构分布

3.2.2 沿厚度方向的织构分布

3.2.3 硬度分布

3.3 异步轧制变形量对组织和织构的影响

3.4 本章小结

4 不同轧制条件下晶粒的分裂行为

4.1.1 同步轧制下的对晶粒分裂行为

4.1.2 异步轧制对晶粒分裂的影响

4.2 晶界取向差

4.3 带对比度分析储存能

4.4 本章小结

5 异步轧制对钽板再结晶行为的影响

5.1 轧制方式对再结晶均匀性的影响

5.2.1 退火对织构及晶粒形貌的影响

5.2.2 取向差分析

5.3 本章小结

6 结论

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文及专利目录

B. 作者在攻读硕士学位期间获奖情况

C. 学位论文数据集

致谢