基于EBSD和超聲的粗晶奧氏體不銹鋼疲勞損傷評價.pdf

1、Z3CN20-09M奧氏體不銹鋼因其力學性能優(yōu)良，被廣泛應用于核電管道系統(tǒng)中。其等軸晶晶粒尺寸約為1-5 mm，柱狀晶長達十幾毫米，是典型的粗晶材料。由于服役條件苛刻，在服役中不可避免地產(chǎn)生力學損傷，其中，疲勞是主要損傷形式之一。因此研究早期疲勞損傷的基本特征并進行評價對于核電管道的安全運行非常重要。電子背散射衍射技術(shù)（Electron Back-scatter Diffraction，EBSD）能夠?qū)⑽⒂^組織與晶體學結(jié)合起來，從晶粒尺

2、度上對材料信息進行分析，而超聲脈沖回波技術(shù)測試方法比較靈活，其中水浸方式能實現(xiàn)聲學參數(shù)的有效控制，其聲學信息能反映材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)演變。兩者在評價材料疲勞損傷方面均具有明顯優(yōu)勢，得到了研究者的普遍關(guān)注。本文主要將EBSD技術(shù)及超聲脈沖回波技術(shù)結(jié)合對Z3CN20-09M奧氏體不銹鋼疲勞損傷行為進行了研究，主要內(nèi)容如下：
　　（1）對Z3CN20-09M奧氏體不銹鋼進行金相組織分析發(fā)現(xiàn)：其微觀組織由奧氏體基體和15%左右的鐵素體組成

3、。EBSD測試發(fā)現(xiàn)：奧氏體和鐵素體位向關(guān)系以K-S關(guān)系為主，又有部分滿足N-W關(guān)系。這是由于奧氏體相是在母相高溫鐵素體特定的面上形成，在切變過程中兩相滿足K-S關(guān)系，而由于離心鑄造等原因，使得少量取向滿足N-W關(guān)系。
　?。?）對Z3CN20-09M材料進行拉-拉疲勞時發(fā)現(xiàn)：損傷后材料表面出現(xiàn)明顯的凹凸不平，不同階段的粗糙表面起伏曲線可用均方差（Root Mean Square Deviation, RMSD）反映，RMSD與變形

4、率Δε滿足表達式 RMSD(%)＝1.75＋0.17×Δε＋0.08×Δε2，駐留滑移帶的產(chǎn)生受到晶體取向、鐵素體形態(tài)以及兩相取向關(guān)系影響；隨著損傷的累積，花樣質(zhì)量不斷減小，局域取向差逐漸增大，其中局域取向差平均值θ與變形率Δε近似滿足線性表達式θ＝1.77°＋0.022×Δε；運用極圖對不同晶體取向上晶粒晶格旋轉(zhuǎn)分析，發(fā)現(xiàn)：<001>晶粒變形中沿<111>-<001>方向轉(zhuǎn)動；<111>取向晶粒均隨著變形的增加向<111>方向轉(zhuǎn)動；而

5、<101>晶粒則呈現(xiàn)出不同的轉(zhuǎn)動機制，這說明不同晶粒取向上有不同的損傷機制。
　?。?）基于水浸聚焦超聲脈沖回波技術(shù)，利用縱波聲速和聲衰減系數(shù)對不同晶體取向上不同晶粒進行表征。發(fā)現(xiàn)：在超聲傳播路徑上，縱波聲速在<101>方向上最大，而在<100>方向上最小，而衰減系數(shù)則呈現(xiàn)相反趨勢，在此基礎(chǔ)上繪制了縱波聲速、聲衰減系數(shù)與晶體取向的關(guān)系曲線。
　　（4）在試樣發(fā)生疲勞損傷后，拉伸軸上不同晶粒晶體取向在變形率小于3.57%時，三