ZrBe二元合金組織及性能調(diào)控研究.pdf

1、鋯(Zr)及 Zr合金具有比強(qiáng)度高、熱中子吸收截面積小、耐腐蝕、抗氧化和耐輻照等優(yōu)異的理化性能，因而廣泛應(yīng)用于核工業(yè)中。通過對Zr合金的進(jìn)一步研究，科研工作者發(fā)現(xiàn)其作為結(jié)構(gòu)材料有很廣泛的應(yīng)用前景。Zr合金具有四種常見的顯微組織，分別為等軸組織、雙態(tài)組織、網(wǎng)籃組織及魏氏組織。其中，兼具強(qiáng)度和塑性的組織為等軸組織和雙態(tài)組織。鑒于此，本文以ZrBe二元合金為研究對象，通過成分設(shè)計、改善變形工藝和熱處理工藝參數(shù)用以優(yōu)化合金的相組成和顯微組織，同

2、時獲取優(yōu)異的力學(xué)性能。
　　實驗設(shè)計了一系列不同Be含量的ZrBe合金，利用真空非自耗電弧爐熔煉制備出合金錠，并研究了Be含量對合金顯微組織和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，添加微量的Be元素能夠大幅提高合金的強(qiáng)度。隨Be含量的逐步添加，合金的強(qiáng)度逐漸增加，而塑性逐漸降低。當(dāng)添加的Be含量為1wt.％時，合金具有最高的強(qiáng)度。當(dāng) Be含量為0.5wt.%時，合金具有最優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)度為700MPa，并且具有12.42%的斷后

3、延伸率。
　　研究了Zr0.5Be合金在不同變形工藝參數(shù)下的顯微組織和力學(xué)性能。實驗結(jié)果表明，合金在接近α+β兩相區(qū)溫度范圍內(nèi)軋制淬火后獲得了少量的β相，而在α+β兩相區(qū)較高溫度范圍軋制淬火后獲取了由板條α相及等軸α相組成的雙態(tài)組織。在熱軋過程中隨軋制溫度的升高，合金的強(qiáng)度逐漸降低，而塑性逐漸增加。經(jīng)過870℃熱軋淬火后的Zr0.5Be合金的抗拉強(qiáng)度為786MPa，并且具有11.82%的斷后延伸率，相比較于570℃熱軋淬火后合金的

4、拉伸性能(抗拉強(qiáng)度：919Mpa，延伸率：6.93%)，合金的強(qiáng)度略有下降(降低了14.5%)，但合金的斷后延伸率卻明顯提升(增加了70.6%)。此外，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)Zr0.5Be合金在冷軋過程中的變形機(jī)制主要以位錯滑移為主，當(dāng)冷軋變形量大于50%時，合金發(fā)生部分動態(tài)回復(fù)過程，位錯由條帶狀纏結(jié)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榘麪顏喚А?br>　　研究了退火溫度及退火時間對熱軋淬火態(tài) Zr0.5Be合金的顯微組織和力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明，合金再結(jié)晶晶粒的體積

5、分?jǐn)?shù)隨退火溫度的增加及退火時間的延長而逐漸增加，當(dāng)再結(jié)晶階段完成后，隨退火時間的進(jìn)一步增加，再結(jié)晶晶粒發(fā)生長大。反之，合金中的位錯密度隨退火溫度的增加及退火時間的延長而逐漸降低。當(dāng)退火溫度為850℃，退火時間為480min時，Zr0.5Be合金中α晶粒呈現(xiàn)完全的等軸狀形態(tài)，化合物均勻分布在合金基體中，位錯密度最低，為7.22×1011m-2，與軋制淬火態(tài)合金相比位錯密度下降了4個數(shù)量級。
　　研究了固溶強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化以及細(xì)晶強(qiáng)化