加工工藝及合金成分對鋯合金第二相和相變行為的影響.pdf

1、本文以8種不同成分的鋯合金(N1、N2、N3、N4、N5、N18、T1和T7)為主要研究對象,采用電子背散射衍射(EBSD)、電子通道襯度像(ECC)、透射電子顯微鏡(TEM)、定量金相、差示掃描量熱法(DSC)等分析技術(shù),系統(tǒng)定量的研究了鋯合金板材及管材加工過程中顯微組織演變規(guī)律,合金成分(Cu、Cr和Sn元素)對鋯合金中第二相及相變行為的影響,探討了第二相析出動(dòng)力學(xué)機(jī)制。主要研究結(jié)論如下：
　?、臫1和T7鋯合金板材及管材在冷

2、軋過程中形成了c軸平行于法向的難變形晶粒,第二相隨著冷軋變形量的增大分布由流線型逐漸向彌散型轉(zhuǎn)變,且軋制變形對第二相平均尺寸沒有明顯影響。在冷軋后的退火過程中,第二相發(fā)生Ostwald熟化,此過程符合Kahlweit的二階長大動(dòng)力學(xué),而晶粒長大過程符合齊納釘扎模型。
　　⑶T1管材含有尺寸較小的BCC結(jié)構(gòu)的βNb和尺寸較大的HCP結(jié)構(gòu)的Zr-Nb-Fe第二相。處于晶界處的第二相多為Zr-Nb-Fe相,且部分Zr-Nb-Fe相中含有

3、層錯(cuò)結(jié)構(gòu)。在加工過程中T1管材中的第二相由流線型逐漸分解,形成包含有兩個(gè)或多個(gè)βNb和Zr-Nb-Fe粒子的團(tuán)簇,最終形成彌散分布。
　?、荖1、N3、N4、N5和N18合金系中均含有細(xì)小的HCP或FCC結(jié)構(gòu)的Zr(Fe, Cr, Nb)2 Laves相,且Laves相中存在層錯(cuò)結(jié)構(gòu)。在鋯合金中添加Cu、Cr和Sn元素后,添加元素對合金中的第二相產(chǎn)生影響。Cu元素的添加主導(dǎo)了Zr2Fe和Zr3Fe顆粒的形成,減小了第二相平均尺寸。

4、Cr元素促進(jìn)小的Laves相的形成,抑制Zr2Fe和 Zr3Fe大顆粒的析出,顯著減小第二相平均尺寸。Sn元素含量變化對合金中第二相種類沒有影響,但隨著元素含量的降低,第二相有明顯減小趨勢。
　?、炔捎肈SC、淬火實(shí)驗(yàn)及熱力學(xué)外推模型對N1-N5和N18合金的α→β相變溫度進(jìn)行測定。對比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及模型計(jì)算結(jié)果得出,淬火實(shí)驗(yàn)所得 Tα→α+β最接近相變平衡區(qū)域的溫度。DSC所測相變溫度點(diǎn)整體高于淬火實(shí)驗(yàn)結(jié)果,為非平衡狀態(tài)的溫度點(diǎn),但

5、整體偏離幅度較小,可作為α→β相變溫度的參考依據(jù)。Zhu和Devletian的熱力學(xué)模型及方法計(jì)算的Tα→α+β與淬火數(shù)據(jù)相吻合,證明此模型可以較好的應(yīng)用于鋯合金的Tα→α+β外推計(jì)算。
　?、珊辖鹪卦谏郎睾徒禍剡^程中對α→β和β→α相變溫度有較大影響。在升溫過程中,Cu元素的添加使Tα→α+β降低,Tα+β→β升高,擴(kuò)大了β相區(qū);Cr元素的添加使Tα→α+β降低,Tα+β→β升高,擴(kuò)大了β相區(qū);Sn元素含量的升高導(dǎo)致Tα→α+

6、β升高,Tα+β→β降低,擴(kuò)大了α相區(qū)。在降溫過程中,Cu元素使Tβ→α+β和Tα+β→α均升高,但Tα+β→α升高幅度更大,擴(kuò)大了β相區(qū);Cr元素使Tβ→α+β升高,針對不同合金對其Tα+β→α影響有所差異,但總體上擴(kuò)大β相區(qū);Sn元素含量的增加會(huì)使得Tβ→α+β降低,Tα+β→α升高,擴(kuò)大了α相區(qū)。綜上可知:Cu元素和Cr元素是β相穩(wěn)定元素,Sn元素是α相穩(wěn)定元素。
　?、?種合金在不同升溫速率下β相體積分?jǐn)?shù)與溫度呈S型曲線關(guān)