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FCC-Zr新的位向关系研究取得新进展
 
2021-01-29 | 文章来源:轻质高强材料研究部        【 】【打印】【关闭

  位向关系是描述两晶体在空间的位置关系或者相变过程晶体取向关系最直接的特征。B族的钛、锆、铪等金属的平衡相图上只存在两种平衡相,即密排六方结构(HCP)的α相和体心立方结构(BCCβ相。近10年来,在以上金属的块体材料中,一种特殊的面心立方结构(简称FCC相)也被陆续报道。对于FCC相和HCP基体,目前仅发现两种位向关系:(1;(2),分别简称为B型和P型位向关系。需要指出的是,这些FCC相都是通过变形引入的。由于锆及锆合金中也发现了FCC相(简称FCC-Zr),作为核反应堆的包壳材料,FCC-Zr对包壳材料在服役时的力学性能、腐蚀性能和辐照性能的影响尚不明确。因此,展开对FCC-Zr的晶体学研究能为将来充分利用或抑制FCC-Zr提供依据。 

  金属所师昌绪先进材料创新中心轻质高强材料研究部李阁平研究组另辟蹊径,首先在凝固态Zircaloy-4合金中也发现了BFCC-ZrMaterials Letters 267 (2020) 127551; Scripta Materialia 185 (2020) 170-174);接着在退火态纯锆中观察到了PFCC-Zr,并提出新的相变机制(Journal of Materials Science 56(3) (2021) 2631-2637)。换言之,FCC相不仅可以通过应力诱导实现,还可以在凝固或热处理过程析出。 

  近期,李阁平研究组在大量透射电子显微镜实验研究基础上,发现了一种新位向关系的FCC相。经过选区电子衍射标定,这种类型FCC相与基体的位向关系为:,很显然区别于B型和P型,属于发现的第三种位向关系。李阁平研究组还从带轴揭示其形成机制。首先,通过计算FCC-Zr和基体的晶格常数,发现在HCP→FCC相变过程,HCP基体必定在方向经历晶格膨胀。其次比较HCPFCC的原子堆垛方式,发现相变过程还包括HCP基面上,伯氏矢量为1/3Shockley不全位错的滑移。因此整个HCP→FCC相变过程包括晶格膨胀和不全位错的滑移。 

  以上发现的新位向关系的FCC相将并列于B型和PFCC相,丰富了FCC相“家族”成员,为进一步研究FCC相对宏观力学和腐蚀性能的影响提供了强有力的晶体学支撑。 

  上述工作以A new type face-centered cubic zirconium phase in pure zirconium为题通过快报形式发表在Journal of Materials Science & Technology

  原文链接

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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