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Effect of (α+β) heat treatment on the mechanical properties of zircaloy-4 = (α+β) 열처리가 Zircaloy-4 의 기계적 성질에 미치는 영향
서명 / 저자 Effect of (α+β) heat treatment on the mechanical properties of zircaloy-4 = (α+β) 열처리가 Zircaloy-4 의 기계적 성질에 미치는 영향 / Jong-Sung Yoo.
저자명 Yoo, Jong-Sung ; 유종성
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 1991].
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DNE 9113

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초록정보

The mechanical properties of Zircaloy-4 were investigated after quenched from the ($\alpha+\beta$) phase temperature. The resulted microstructure consisted of a mixture of hard primary $\alpha$ and soft transformed $\beta$ phases. At 1163K treatment the transformed $\beta$ phase showed isolated lath morphology, and at 1223K the transformed $\beta$ showed parallel plate Widmanst$\ddot{a}$tten $\alpha$. The $\alpha/\beta$ transformation kinetics was comparable to Johnson-Mehl-Avrahmi equation and the activation energy for $\alpha$$\rightarrow$$\beta$ transformation was found to be 33Kcal/mole. Microhardness of constituent phases revealed that the strength of transformed $\beta$ phase was almost constant, while that of primary $\alpha$ increased due to smaller grain size and oxygen enrichment with increasing amount of transformed $\beta(f_{\alpha'})$. The 0.2% yield and tensile strengths increased after the ($\alpha+\beta$) heat treatment. The plot of the yield strength against $f_{\alpha'}$ by the modified rule of mixtures showed that the yield strength was dependent on the strength and amount of primary $\alpha$ phase and on the interactions between the phases. For $f_{\alpha'}<0.3$, the calculated yield strength agreed well with the measured, showing that the interaction term was very small. For $f_{\alpha'}>0.3$, the calculated yield strength was lower than the measured and the deviation increased with increasing $f_{\alpha'}$ exhibiting that the interaction term was positive and increased with $f_{\alpha'}$. Two different stages of work hardening existed. Up to 0.015 total strain, the work hardening exponent n increased when the matrix was the hard primary $\alpha$ at 1163K treatment, but at 1223K n decreased as the soft transformed $\beta$ became the matrix and more continuous. Above the 0.015 strain, the work hardening exponent was similar to that of $\alpha$-annealed Zircaloy-4. Uniform elongation decreased remarkably for small amount of transformed $\beta$ phase, and then decreased gradually with increasing transformed $\beta$. The texture of the $\alpha$-annealed sheet had an ideal orientation of the (0001) basal pole at 30℃ away from the normal direction toward the transverse direction. After the ($\alpha+\beta$) treatment, the observed texture was similar to the $\alpha$-annealed texture when the prior ($\alpha+\beta$) grain size was slightly larger than that of the $\alpha$-annealed. However, the location of maximum basal pole intensity was distributed between the transverse and the rolling direction making an angle 15℃ from the normal direction, and the observed texture became more randomized when the prior($\alpha+\beta$) grain size was about two times larger than that of the $\alpha$-annealed. It was found that the Kearns texture parameter, $f_r$ in the rolling direction increased continuously, and $f_t$ in the transverse direction remained relatively constant, while $f_n$ in the normal direction decreased steadily with increasing heat treatment time. The 0.2% yield strength showed a large rapid increase with a small increase in $f_r$. The contribution of texture to the yield strength was analyzed by deriving the Schmid orientation factors and the resolved shear stresses for prism slip and twins in the single crystal analogue. It was found that the large rapid increase in the 0.2\% yield strength was attributed to the microstructural changes with a small portion of texture changes by the ($\alpha+\beta$) heat treatment.

($\alpha+\beta$) 열처리후 수냉한 Zircaloy-4의 기계적 성질에 대하여 연구하였다. 열처리의 영향은 미세조직과 집합조직의 변화로 구분지어 평가되었다. 미세조직은 강한 primary $\alpha$ 상과 약한 transformed $\beta(\alpha^\prime)$ 상으로 되었다. 1163K에서 $\alpha^\prime$상은 고립된 lath 형태이고, 1223K에서는 parallel plate Widmanstatten 상이었다. $\alpha/\beta$ 변태의 속도론은 Johnson-Mehl-Avrahmi 식과 잘 일치하였으며 활성화 에너지는 33Kcal/mole 이었다. 미세경도 측정 결과 $\alpha^\prime$상의 강도는 거의 일정하였으며 primary $\alpha$ 상의 강도는 이 입자 크기의 감소와 산소의 재배치로 인하여 증가하였다. 0.2\% 항복강도와 인장강도는 열처리 후 증가하였다. 수정된 혼합 법칙에 의한 결과 항복 강도는 primary $\alpha$상의 강도와 양, 그리고 두 상간의 상호작용에 의존하였다. $\alpha^\prime$상의 부피 분율($f_{\alpha^\prime}$)이 0.3 이하일 때에 계산된 항복강도는 실험치와 잘 일치하였는 데 이 때 상호작용 항은 매우 작았다. 0.3 이상일때에는 실험치보다 작았으며 그 차이는 $\alpha^\prime$상의 분율이 커질수록 증가 하였th?. 이 사실은 상호작용 항이 양수이며 $f_{\alpha^\prime$에 따라 증가한다는 것을 나타낸다. 연신율에 따라 2단계의 가공경화 영역이 존재하는 데, 총연신율이 0.015 이하에서 가공경화지수 n은 기지가 강한 primary $\alpha$ 상일 경우 증가하지만, 약한 $\alpha^\prime$상이 기지가 되면서 n은 감소하게 된다. 0.015 이상 에서는 $\alpha$-영역에서 재결정된 Zircaloy-4의 가공경화율과 비슷하였다. 균일연신율은 $\alpha^\prime$상이 조금만 존재하여도 급격하게 감소하지만 $\alpha^\prime$상의 분율이 증가할 수록 감소하는 정도는 줄어 들었다. $\alpha$-annealed 판재 시편의 집합조직은 (0001) 기저폴이 판재의 수직방향에서 횡방향으로 30$^\circ$ 기울어져 있었다. ($\alpha+\beta$) 열처리 후 관찰되는 집합조직은 prior($\alpha+\beta$) 입자 크기가 $\alpha$-annealed 시편의 입자 크기와 비슷한 경우 $\alpha$-annealed 시편의 집합조직과 매우 유사하였다. prior($\alpha+\beta$) 입자의 성장이 일어 나면서 기저폴의 최대치는 수직방향에서 약 15$^\circ$ 기울어져 판재의 압연방향과 횡방향사이에 배열되었다. Kearns 집합조직계수 f는 ($\alpha+\beta$) 열처리 후 압연방향에서는 계속 증가하고 횡방향에서는 비교적 일정하였으나 수직방향에서는 계속 감소하였다. 압연방향의 f가 약간 증가함에 따라 0.2\% 항복강도는 급격한 증가를 보였다. 집합조직이 항복강도에 미치는 영향은 단결정의 변형에 대한 Schmid 계수와 분해전단응력을 유도하여 조사되었다. 그 결과 급격한 항복강도의 증가는 주로 미세조직의 변화에 기인하였으며 집합조직의 영향은 상대적으로 작게 나타났다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DNE 9113
형태사항 x, 94 p. : 삽도 26 cm
언어 영어
일반주기 Includes appendix
저자명의 한글표기 : 유종성
지도교수의 영문표기 : In-Sup Kim
지도교수의 한글표기 : 김인섭
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 핵공학과,
서지주기 Reference : p. 75-80
주제 Zirconium alloys.
Metals --Mechanical properties.
열 처리. --과학기술용어시소러스
지르칼로이. --과학기술용어시소러스
원자로 재료. --과학기술용어시소러스
Materials --Heat treatment.
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