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FCC-Zr新的位向關系研究取得新進展
 
2021-01-29 | 文章来源:轻质高强材料研究部        【 】【打印】【關閉

  位向關系是描述兩晶體在空間的位置關系或者相變過程晶體取向關系最直接的特征。B族的钛、锆、铪等金屬的平衡相圖上只存在兩種平衡相,即密排六方結構(HCP)的α相和體心立方結構(BCCβ相。近10年來,在以上金屬的塊體材料中,一種特殊的面心立方結構(簡稱FCC相)也被陸續報道。對于FCC相和HCP基體,目前僅發現兩種位向關系:(1;(2),分別簡稱爲B型和P型位向關系。需要指出的是,這些FCC相都是通過變形引入的。由于锆及锆合金中也發現了FCC相(簡稱FCC-Zr),作爲核反應堆的包殼材料,FCC-Zr對包殼材料在服役時的力學性能、腐蝕性能和輻照性能的影響尚不明確。因此,展開對FCC-Zr的晶體學研究能爲將來充分利用或抑制FCC-Zr提供依據。 

  金屬所師昌緒先進材料創新中心輕質高強材料研究部李閣平研究組另辟蹊徑,首先在凝固態Zircaloy-4合金中也發現了BFCC-ZrMaterials Letters 267 (2020) 127551; Scripta Materialia 185 (2020) 170-174);接著在退火態純锆中觀察到了PFCC-Zr,並提出新的相變機制(Journal of Materials Science 56(3) (2021) 2631-2637)。換言之,FCC相不僅可以通過應力誘導實現,還可以在凝固或熱處理過程析出。 

  近期,李閣平研究組在大量透射電子顯微鏡實驗研究基礎上,發現了一種新位向關系的FCC相。經過選區電子衍射標定,這種類型FCC相與基體的位向關系爲:,很顯然區別于B型和P型,屬于發現的第三種位向關系。李閣平研究組還從帶軸揭示其形成機制。首先,通過計算FCC-Zr和基體的晶格常數,發現在HCP→FCC相變過程,HCP基體必定在方向經曆晶格膨脹。其次比較HCPFCC的原子堆垛方式,發現相變過程還包括HCP基面上,伯氏矢量爲1/3Shockley不全位錯的滑移。因此整個HCP→FCC相變過程包括晶格膨脹和不全位錯的滑移。 

  以上發現的新位向關系的FCC相將並列于B型和PFCC相,豐富了FCC相“家族”成員,爲進一步研究FCC相對宏觀力學和腐蝕性能的影響提供了強有力的晶體學支撐。 

  上述工作以A new type face-centered cubic zirconium phase in pure zirconium爲題通過快報形式發表在Journal of Materials Science & Technology

  原文鏈接

图1 新位向关系的FCC-Zr TEM标定结果

图2 FCC-Zr形成机制模型图

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