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金属Zr具有六方密堆积结构,因其具有很多特殊的性质被广泛应用于多个工业领域。本文以金属Zr为研究对象,开展液氮低温轧制累积大变形实验,研究样品在严重塑性变形后结合退火调控实现高强韧性的组织演变规律。 首先,完善了具有液氮低温冷却环境的轧制平台,完成了纯Zr金属的严重塑性变形轧制实验。通过液氮低温环境,可以增强材料的加工硬化能力,有效抑制位错的动态回复,从而获得高密度位错的样品,为后续退火热处理提供有利条件。在轧制过程中,截取了不同累积变形量的中间样品,研究了累积变形量对性能和微结构的影响,研究表明累积变形程度越大,液氮低温的效果与优势就越明显,位错密度越大,晶粒的细化程度也随之增强。 同时,在液氮低温冷轧实验中,采取了多个不同的轧制速度,研究了改变液氮低温冷轧的应变速率对样品性能的影响。研究发现,随着轧制应变速率的提高,晶粒的变形程度更加剧烈,晶粒的细化程度不断增大,样品内部位错密度增加,低温冷轧能也会增加,为样品后续热处理获得多尺度结构提供更大的调控余地。 最后,对所有低温液氮轧制制备的严重塑性变形金属Zr样品分别在450℃、475℃、500℃、525℃进行退火热处理,以获得高强韧性。结果表明,随着退火温度的提高,样品退火后强度下降,塑性上升,韧性是先增强后降低的。观察退火样品的TEM微结构照片,发现退火处理使轧制样品的位错密度降低,位错线湮灭,晶粒长大,晶粒的畸变程度减小,呈现出纳米晶-超细晶-粗晶不断过渡的趋势。由此可以推断,在某一退火温度可以达到内部纳米晶、超细晶、粗晶理想共存的多尺度微结构,从而获得最佳韧性,体现出强度和塑性同步提高的特点。