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本文以奥氏体不锈钢为试样,研究了面心立方多晶体材料在蠕变过程中材料微观组织结构的变化及其对蠕变损伤的影响。
首先研究了材料微观组织结构变形的不均匀性,观察了蠕变空洞的分布,表明尺寸大的晶粒晶界周围蠕变空洞密度比小晶粒晶界周围蠕变空洞密度低得多。使用SEM-EBSP研究了材料的晶粒内部结构的变化情况,发现大晶粒内部已形成亚结构,而小晶粒内部没有亚结构形成或形成的亚晶界取向差较小。在此基础上对材料的蠕变变形的微观组织不均匀损伤进行了探讨,认为在同等蠕变速率下,大晶粒内部的容易变形一定程度上缓解了晶界的剧烈运动,从而导致大晶粒周围晶界的蠕交损伤空洞明显少于小晶粒周围的蠕变损伤空洞密度。
本文还研究了材料蠕变损伤过程中晶界结构的变化及这些变化对材料蠕变损伤空洞形核的影响,发现特殊重位点阵晶界含量总体呈下降趋势,最终含量极低,∑3、∑9含量随蠕变损伤的进行逐渐升高。其中∑3含量变化十分明显,表明它对蠕变变形极为敏感,根据这一特点,本文分析了利用EBSP检测材料蠕变损伤阶段和预测剩余寿命的可行性。本文还分析了∑9含量升高的原因,认为∑3晶界导致了∑9晶界的形成,引入CSL理论对这种现象进行了解释。实验不仅表明在蠕变损伤中后期∑3含量很高,还表明∑3的出现影响了蠕变空洞形核,表现为∑3晶界两端有蠕变空洞产生,分析了∑3影响空洞形核的原因。
论文最后建立了稳态蠕变速率与晶界类型间的关系模型,建立的基础是不同晶界类型对材料蠕变变形的抵制作用不同,材料引入low∑晶界提高性能后,其实质是强化了晶界,高温蠕变变形时,low∑晶界对位错滑移有抵制作用,附近的晶格位错不会转化为晶界位错,从而阻碍了晶界滑移,而在大角自由晶界和一些high∑晶界处晶格位错很容易分化为晶界位错发生滑移和攀移。在此基础上,分析了蠕变变形时晶粒的受力状况,分别计算出晶粒基体和晶界滑移对应变贡献的应变速率,最终求出引入特殊重点晶界后材料的稳态蠕变速率,引用相关实验进行验证表明模型的预测较为准确。