退火对双态Zr-Nb合金影响及新型Zr-Nb-Al合金初探

摘要

本文以Zr基合金(Zr-2.5Nb和Zr-Nb-Al)为研究对象，通过化学成分优化和热处理工艺控制对Zr基合金的组织与性能进行了研究。
　　研究了双态Zr-2.5Nb合金在空冷条件下和水冷条件下经不同温度退火后的组织演变及性能变。结果表明，在空冷条件下，组织中有α、β和ω淬，在水冷条件下，组织中有α′和ω淬。在300-600℃退火，原有空冷及水冷过程中生成的ω淬逐渐转变为α+β，并伴有ω析相的时效析出；随的升高，ω析逐渐减少。双态组织中等轴α相和α′相均为过饱和Nb的亚稳相，在退火过程中，Nb扩散到β相，两种α相均转变为更稳定的α相和β相，导致等轴初生α相体积分数减少，同时温度升高导致网篮状组织粗化。空冷条件下和水冷条件下退火温度分别为300℃和400℃时强度值最大。随温度升高，强度和硬度逐渐降低。空冷与水冷试样在退火后塑性相差不大，但水冷试样的均匀延伸率较低，其协调变形能力更差。
　　根据合金化原理，将Al元素加入Zr-Nb合金中，用非自耗电弧炉熔炼制备一系列成分的Zr-Nb-Al合金，研究各组元含量的变化对合金组织结构和力学性能的影响。结果表明，Zr-2.5Nb-xAl合金中Al的含量为1wt.％～2 wt.%时，合金强度提高明显，塑性降低较少。Zr-xNb-1Al合金中Nb的含量为2.5wt.%～4 wt.%时其静态韧性最高。根据成分优化结果，设计Zr-3Nb-1.5Al合金，用工业自耗电弧炉进行熔炼。研究发现合金铸态及锻态的相结构均由α相和β相组成，铸态试样及沿轴向方向取样的试样组织为典型的网篮状组织。沿垂直轴向取样的试样组织为魏氏组织。Zr-3Nb-1.5Al合金轴向方向取样的合金屈服强度、抗拉强度、塑性和静态韧性均最高，分别为789MPa、858MPa、28.6%以及24.5GPa%，具有较好的综合力学性能。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2锆及锆合金的概述

1.3锆合金的制备

1.4合金元素对锆合金的影响

1.5 锆合金中的相变

1.6 锆合金组织特征及其热处理工艺

1.7 新型锆合金的开发

1.8 主要研究内容

第2章 试验材料及方法

2.1 试验材料

2.2热加工方法及工艺

2.3轧制变形

2.4 DSC相变点测定

2.5 力学性能测试

2.6 微观组织分析

第3章 退火处理对双态Zr-2.5Nb合金微观组织及力学性能影响

3.1 引言

3.2 试验方法

3.3 退火处理对空冷双态Zr-2.5Nb合金微观组织及力学性能影响

3.4 退火处理对水冷双态Zr-2.5Nb合金微观组织及力学性能影响

3.5 冷却条件对退火Zr-2.5Nb合金力学性能的影响

3.6 本章小结

第4章 Nb和Al合金元素对三元Zr-Nb-Al的组织及性能影响

4.1 引言

4.2 试验方法

4.3 Al对三元Zr-Nb-Al的组织及力学性能影响

4.4 Nb对三元Zr-Nb-Al的组织及力学性能影响

4.5 本章小结

第5章 较大尺寸Zr-3Nb-1.5Al合金的制备与组织性能

5.1 前言

5.2 较大尺寸Zr-Nb-Al合金熔炼工艺

5.3 试验方法

5.4 较大尺寸Zr-3Nb-1.5Al合金的铸态及锻态组织结构及力学性能

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要研究成果

致谢