退火温度对Zr-4合金板材拉伸性能和硬度的影响

利用高温拉伸实验、显微硬度及金相组织实验,研究了退火温度对Zr-4合金板材硬度和高温拉伸性能的影响。结果表明:随着退火温度的升高,Zr-4合金板材各方向的硬度逐步降低,各方向的维氏硬度存在一定的差异。在(500～540)℃/20 min的退火温度范围内,随温度升高,Zr-4合金板材的屈服强度和抗拉强度基本无变化,而伸长率略有升高。该区间为Zr-4合金板材的消应力区间。在(540～560)℃/20 min的退火温度区间内,Zr-4合金板材的屈服强度和抗拉强度直线下降,而伸长率陡然升高,这个区间为Zr-4板材的敏感区间。在(500～560)℃/20 min的退火温度范围内,Zr-4合金板材的金相形貌为加工态组织。     

基于有限元法（FEM）的Zr-4合金管材氢化物取向因子研究模型

锆合金管材中的氢化物对锆材基体的力学性能有显著影响,过量的氢化物会导致锆合金管材断裂韧性和最终抗拉强度的降低,造成锆合金燃料结构材料和包壳材料的破损,严重威胁着核动力反应堆的安全。本文研究了矫直压下量对Zr-4合金管材氢化物的影响规律,并采用有限元（FEM）的方法对矫直过程中的Zr-4合金管材微观表面的等效塑性应变进行模拟和分析。实验和仿真结果表明:在矫直压下量为17 mm的条件下,随着矫直辊压下量的逐渐增大,Zr-4合金管材微观表面的等效塑性应变相应增大,从而造成管材内部氢化物F45°N数值的增加。基于FEM的Zr-4管材模型分析结果和实验结果相一致,为进一步研究矫直压下量对Zr-4管材氢化物的影响提供一种新方法。     

内喷砂应用于Zr-4管材生产加工过程的可行性

Zr-4合金管材生产过程中的内酸洗工序虽然可消除管材轧制缺陷,但是酸液中的HF与锆反应会引起锆合金管材表面的氟化锆残留,进而可能会影响反应堆的安全运行。为了降低或者消除Zr-4合金管材表面的氟化锆残留,文章对比4种锆合金生产工艺方案,并通过表面粗糙度测试、腐蚀实验及超声检测论证了内喷砂工序代替内酸洗工序在锆合金管材生产加工过程中的可行性。采用内喷砂后的锆合金管材内表面粗糙度、腐蚀性能和超声检测结果与传统工艺效果相当。最终确定优化后锆合金生产工艺流程为:轧制→脱脂→退火→矫直→内喷砂→内清洗→抛光→性能检测。该工艺可应用于锆合金管材的生产,降低Zr-4合金管材表面的氟化锆残留,为优化Zr-4合金管材生产工艺奠定了基础。     

热轧工艺对Zr-Sn-Nb锆合金板材组织与性能的影响

本文通过试验研究了Zr-Sn-Nb锆合金板材热轧过程中道次变形量和退火温度对锆合金板材微观组织、第二相粒子、力学性能和耐腐蚀性能的影响。试验结果显示:增大热轧道次变形量有细化轧制板材纤维组织的作用,当道次变形量增大到15%时,轧制板材出现裂边;轧制板材采用600℃×50 min退火,其力学性能和耐腐蚀性能都较好,达到核级锆板材使用要求,此样品板材组织细小、均匀,第二相粒子Zr-Nb-Fe大多呈弥散分布晶粒内部,少数位于晶界,且第二相中Nb含量明显较高。     

第二相对Zr-Sn-Nb系锆合金吸氢性能的影响

对两种新型Zr-Sn-Nb系锆合金(SZA-4和SZA-6)管材在电解渗氢条件下的吸氢性能及机制进行了研究。结果表明,在供货状态下,SZA-4锆合金管材的吸氢倾向高于SZA-6锆合金管材,但经过完全再结晶退火处理后发现,SZA-4锆合金管材的吸氢倾向降低,而SZA-6锆合金管材的吸氢倾向增加,并且SZA-6锆合金管材的吸氢倾向反而高于SZA-4锆合金管材。与传统Zr-4合金管材相比,完全再结晶退火态的SZA-4和SZA-6锆合金管材在电解渗氢条件下的吸氢倾向均高于Zr-4合金管材。SZA-4和SZA-6锆合金管材吸氢倾向的变化与其内部析出的第二相有关。大量fcc结构的(Zr,Nb)2Fe第二相析出是导致完全再结晶退火态SZA-6锆合金吸氢倾向增加的主要原因。     

Sn含量对Zr-Sn-Nb-Fe-Cr合金相变温度和沉淀析出相的影响

以Zr-1.0Sn-0.3Nb-0.3Fe-0.1Cr与Zr-0.8Sn-0.3Nb-0.3Fe-0.1Cr2种不同Sn含量锆合金为研究对象,采用差示扫描量热法(DSC)测量2种锆合金的相变温度,探讨Sn含量变化对锆合金相变点的影响。同时,采用SEM对热轧态、热轧退火态、冷轧态、冷轧退火态、终轧态、终轧退火态6种加工工序样品分别进行详细的微观组织观察,随后通过定量金相法对2种锆合金在不同加工工序下的第二相大小及分布等特点进行对比分析,得出2种锆合金定量的统计结果。降低Sn含量对α→β相变点有明显影响,而沉淀析出相的颗粒形状基本不变,但是第二相颗粒平均尺寸减小。扫描电镜的能谱(EDS)分析半定量地说明Sn在锆合金中存在不同程度的成分偏析。     

Zr-4合金管材加工工艺对氢化物取向因子的影响

锆合金广泛应于水冷反应堆的堆芯包壳材料和结构材料。在核反应堆运行时,锆合金表面被水氧化的同时,还会同时生成氢气。部分氢被锆合金吸收生成片状或者针状氢化锆。氢化物取向因子是衡量核反应堆用锆合金管材氢化物的重要指标。文章通过氢化物实验研究了加工工艺参数轧制送进量、退火制度及矫直弯曲量对Zr-4合金管材氢化物取向因子的影响关系。结果表明:Zr-4合金氢化物取向因子随着轧制送进量的增加有增大的趋势;不同轧制送进量的管材再结晶退火后,氢化物取向因子呈无序紊乱状态;Zr-4合金管材氢化物取向因子随着矫直弯曲量的增大而加大。     

Zr-2.5Nb合金中β-Nb相的氧化过程

Zr-2.5Nb合金经β相水淬、冷轧变形及580℃,50 h退火处理,在静态高压釜中进行500℃/10.3 MPa的过热蒸汽腐蚀实验.HRTEM观测表明,580℃,50 h退火处理的锆合金析出了颗粒细小(<100 nm)的β-Nb第二相,其数量较多,分布较均匀.β-Nb相的氧化速率比锆合金基体缓慢,在氧化过程中首先生成NbO_2,呈现晶态和非晶态的混合组织,然后转变成非晶态占主导的氧化物,最后流失到腐蚀介质中.     

退火工艺对高碳Nb521合金板材组织和性能的影响

通过对不同退火工艺下高碳Nb521合金板材力学性能和组织状态以及退火过程中析出相的分析,研究了退火工艺对高碳Nb521合金板材组织和性能的影响。结果表明:随着退火温度升高,高碳Nb521合金板材的屈服强度、抗拉强度、维氏硬度变化不大,延伸率波动较大。退火温度升高到1 450℃,平均晶粒尺寸增大到29μm。SEM及EDS结果表明,退火后的高碳Nb521合金板材析出了点状碳化物并弥散分布在板材晶粒当中,片状碳化物分布在晶界上。1 400℃退火的高碳Nb521合金板材综合力学性能较好。     

基于FEM-ANN法的Zr-4合金板材轧制有限元模型

文章基于FEM-ANN相结合的方法建立了Zr-4合金四辊板材精轧的有限元模型。模型的输入层为轧制过程中的轧辊直径、摩擦因数及轧辊速度,输出层为板材Von Mise应力数值。模型选用Traingdax算法、模型结构为3-7-1、动量因子为0.8、学习速率为0.6时,模型的R值为0.9。该模型具有模拟精度高、匀速速度快的优点,可有效地通过Zr-4合金板材轧制过程中的轧制工作辊直径、轧制摩擦力及轧制速度的各种参数模拟出对应板材受力图,为研究Zr-4合金的轧制工艺参数与板材表面受力之间的关系提供了一种新方法。     

焊接及随后热处理对Zr-1Nb合金腐蚀抗力的影响

为了推进从俄罗斯引进的田湾VVER-1000型核电站用Zr-1Nb合金燃料包壳和端塞棒材的国产化进程，研究了焊接及随后的真空热处理对Z4-1Nb合金抗360℃，18．6MPa水和500℃，10.3MPa蒸汽腐蚀性能的影响。实验结果表明焊接严重恶化Zr-1Nb合金在2种介质中的腐蚀抗力，主要是因为焊区中出现了粗大的马氏体组织；随后的真空退火对腐蚀抗力的影响取决于退火温度和腐蚀实验温度。但即使在最佳温度退火也不能使焊接态的腐蚀抗力恢复到非焊接态的水平。     

表面纳米化Zr-4合金组织和性能热稳定性研究

采用表面机械研磨法(SMAT)对Zr-4合金进行处理,在其表面制备出纳米结构表层,并在不同温度下对其进行退火。利用偏光显微镜、X射线衍射仪、透射电镜、显微硬度计和电化学测量仪等分析手段,研究了SMAT处理Zr-4合金经不同温度退火后,其纳米表层组织、硬度的热稳定性,以及退火对耐腐蚀性能的影响。结果表明,SMAT处理Zr-4合金经低于350℃退火,其表层纳米晶组织、晶粒尺寸、显微硬度具有一定的热稳定性;Zr-4合金经SMAT处理实现表面纳米化后,其在1 mol/L H2SO4溶液中的耐腐蚀性能降低,进一步对其在低于350 ℃进行退火,其耐腐蚀性能得到改善,且退火后的耐腐蚀性能要优于原始未经SMAT处理的Zr-4合金     

Zr-4合金板材冷轧过程材料变形晶体塑性分析与织构演变

选取厚度为3.6mm具有典型双峰织构的Zr-4合金板材,利用电子背散射衍射（EBSD）技术对板材冷轧后的织构进行表征,利用粘塑性自洽（VPSC）模型对板材冷轧后的变形机理进行分析。VPSC模型预测了轧制道次数量、每道次压下量以及总变形量对冷轧织构以及变形机理的影响规律,结果表明Zr-4合金板材在冷轧后,织构保持典型的基面双峰织构;轧制道次数、单道次压下量对冷轧后的织构以及变形机理无明显影响;总变形量对冷轧后的织构有明显影响,随着轧制总变形量减小,大部分晶粒的c轴由法向（ND）向宽向（TD）转动;当变形量低于临近变形量39%时,法向科恩系数（Fn）随着变形量的增大而快速增大,柱面滑移开启快速降低,当变形量超过39%时,法向科恩系数（Fn）的增长趋于平缓,柱面滑移的开启趋于稳定。     

Influence of the manufacturing processes on the corrosion of Zr-1.1Nb-0.05Cu alloy

To obtain a good corrosion resistance for a Zr-1.1Nb-0.05Cu alloy, various manufacturing processes were applied, and corrosion and a microstructural analysis were performed. This alloy was manufactured by applying four types of manufacturing processes controlled by a combination of the annealing temperature and reduction schedule. The corrosion resistance was increased with a decreasing intermediate annealing temperature, and a decreasing the final annealing temperature. Since the size and distribution of precipitates was decreased by applying the low temperature annealing, the corrosion rate of the Zr-1.1Nb-0.05Cu alloy could be controlled by a coordination of the intermediate and final annealing conditions.     

递温镁合金板轧制的数值仿真和验证实验

对镁合金板材轧制过程的热量变化方程进行推导,并用有限元方法分析此热力耦合过程,并对仿真结果进行实验验证.结果表明:板材在轧制过程中有较大的温度变化,轧制过程板料的温度变化主要是由变形产热、摩擦生热和板料-轧辊热传导、以及与环境的传热情况决定,并且受板和轧辊间温度差的影响;随着板温度的下降,轧制力和等效应力线性增加,最大轧制力是最小轧制力的3倍;当温度降到210 ℃,等效应力达到160 MPa时,板料出现边裂缺陷,达到轧制成型极限;板料较佳轧制温度应高于210 ℃.     

中间退火温度对新能源汽车用4004/3003/4004铝合金复合板组织和性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜、万能拉伸试验机等设备,研究了中间退火温度对新能源汽车动力电池用4004/3003/4004三层铝合金复合板组织和性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,复合板的包覆率未发生明显变化,复合界面清晰、平直,包覆率偏差较小。皮材4004铝合金层中的Si颗粒细小、弥散,尺寸为2～4 μm。中间退火温度为370 ℃时,芯材3003铝合金层中晶粒全部完成再结晶。随着中间退火温度的升高,复合板抗拉强度和屈服强度先急剧降低后趋于稳定,伸长率呈相反的变化趋势。中间退火温度为370 ℃时,复合板的强度和伸长率开始趋于稳定,故复合板最佳中间退火温度为370 ℃,此时复合板的抗拉强度为137 MPa,屈服强度为80 MPa,伸长率为31%。     

终轧温度及退火温度对5052铝合金板材组织及性能的影响

采用拉伸和硬度测试、显微组织及拉伸断口观察等方法研究了终轧温度及退火温度对5052铝合金板材组织及性能的影响。结果表明,未经退火时,板材表层已经发生再结晶,而中心层组织仅发生回复过程。退火处理后,随退火温度的升高,合金板材的强度、硬度下降,而伸长率增加。5052铝合金终轧温度不低于330 ℃时,可在后续的冷加工获得较为均匀的组织,经400~500 ℃退火可获得综合性能较为优异(R_m≥175 MPa、R_p0.2≥65 MPa和A≥32%)的5052-O态合金板材。     

EB熔炼扁锭直轧TC4合金板材的组织与性能

采用EB一次熔炼制备的TC4合金扁锭直接进行轧制,对不同轧制火次板材热轧态及退火态显微组织与力学性能进行了研究。结果表明:TC4合金扁锭经过1~3火次直接轧制,粗大铸态组织不断破碎,等轴α相含量逐渐增加,尺寸不断减小,各火次板材力学性能均满足标准要求。随着退火温度增加,各火次成品板材抗拉强度和屈服强度呈下降趋势,伸长率先增加后减小,经850 ℃退火后TC4合金板材可以获得最佳的强塑性匹配。EB一次熔炼扁锭直轧TC4合金板材工业化批量生产中退火温度推荐使用700~850 ℃,显微组织与力学性能可以达到锻坯制备的板材水平。     

Continuous fabrication of bulk amorphous alloy sheets by twin-roll strip casting

Twin-roll strip casting was utilized to fabricate the sheet products of Zr- and Cu-base bulk amorphous alloys with quite different glass forming abilities (GFAs). Simulation of the solidification behavior of the these amorphous forming alloys during twin-roll strip casting shows that suitable cooling rate can be achieved by twin-roll strip casting to form amorphous structure through the thickness of sheet. Optimum twin-roll strip casting conditions have been suggested based on the simulation results. Actual twin-roll strip casting shows that both Zr-base alloy with high GFA and Cu-base alloy with much less GFA can be strip cast forming amorphous structure. The results indicate that the twin-roll strip casting is a viable process for continuous fabrication of sheets of bulk amorphous alloys with a wide range of critical cooling rates.     

磁控溅射和多弧离子镀制备Cr涂层Zr-4合金的微观结构和抗高温氧化性能

为了对比研究磁控溅射和多弧离子镀两种工艺制备的Cr涂层Zr-4合金微观结构和抗高温氧化性能,分别采用直流磁控溅射和多弧离子镀制备了Cr涂层Zr-4合金样品,在空气气氛中开展高温氧化试验研究。结果表明,磁控溅射制备的Cr涂层Zr-4合金样品表面光滑,Cr涂层沿着(211)晶面择优生长,而多弧离子镀制备的Cr涂层Zr-4合金样品表面存在大量的滴液,Cr涂层沿着(110)晶面择优生长。高温氧化试验结果显示,磁控溅射制备的Cr涂层Zr-4合金样品的氧化质量增加约为多弧离子镀的一半,氧化后的微观结构显示磁控溅射制备的样品还有约4 μm厚的残留Cr涂层,且O原子仅仅大量扩散到距表面约8 μm处,而多弧离子镀制备的样品表面Cr涂层全部被氧化,且O原子大量扩散到距样品表面约1 mm深处的Zr-4合金基体中。因此,磁控溅射制备的Cr涂层Zr-4合金具有更好的抗高温氧化性能。