一種提高金屬鋯塑性和力學(xué)性能的方法
【專(zhuān)利摘要】一種提高金屬鋯塑性和力學(xué)性能的方法，其主要利用真空非自耗電弧爐熔煉制備鋯硼合金鑄錠，硼的質(zhì)量百分比為0.3～0.8，其余為Zr和不可避免的雜質(zhì)，然后對(duì)合金鑄錠進(jìn)行軋制，軋制溫度為800℃，采用多道次變形，每次壓下量為2.5mm，合金的最終變形量達(dá)到75％，最終軋制厚度為6mm，最后一次變形后，空冷至室溫，將經(jīng)過(guò)軋制的合金進(jìn)行最終的退火處理，在管式真空爐中用氬氣保護(hù)加熱，在600?900℃的溫度條件下保溫1.5小時(shí)后隨爐冷卻到100℃以下從爐中取出進(jìn)行空冷，制得鋯硼合金。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，有效地提高了金屬鋯的強(qiáng)度和塑性，其最佳室溫抗拉強(qiáng)度比純鋯提高了28.64％，其最佳延伸率比純鋯提高了53.57％。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種提高金屬錯(cuò)塑性和力學(xué)性能的方法
[0001 ]技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種金屬錯(cuò)的制備方法。
[000^
【背景技術(shù)】金屬錯(cuò)具有較低的熱中子吸收截面積（只有1.8 Xl(T29mM又次于被和 儀），良好的抗福照性能，適中的強(qiáng)度和延展性，優(yōu)異的耐腐蝕等特性。因此，金屬錯(cuò)及其合 金被廣泛的應(yīng)用于核工業(yè)和化工行業(yè)中。在核工業(yè)中主要用于核反應(yīng)堆的堆忍結(jié)構(gòu)材料和 核燃料包殼材料，在化工行業(yè)中主要用作洗涂塔、熱交換器、反應(yīng)器、累等關(guān)鍵的耐腐蝕部 件。正是由于其良好的理化特性，目前人們主要集中于金屬錯(cuò)耐腐蝕性能的研究改進(jìn)上，在 提高強(qiáng)度方面并沒(méi)有得到比較成熟的發(fā)展。而高強(qiáng)度的錯(cuò)基材料可W用于高腐蝕或高福照 的條件下的主承力部件，純錯(cuò)的室溫抗拉強(qiáng)度很低，通常在300M化左右，傳統(tǒng)錯(cuò)合金的室溫 抗拉強(qiáng)度則在300MPa~eOOMPa的范圍，難W滿(mǎn)足對(duì)強(qiáng)度有高要求的材料的需求。因此，為了 滿(mǎn)足對(duì)優(yōu)異綜合力學(xué)性能錯(cuò)基材料的迫切需求，拓寬錯(cuò)合金的應(yīng)用領(lǐng)域，有必要提高金屬 錯(cuò)的力學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單的提高金屬錯(cuò)塑性和力學(xué)性能的方 法。本發(fā)明主要是在純錯(cuò)中加入B元素，再輔W相應(yīng)的熱處理手段，從而提高金屬錯(cuò)的塑性 和力學(xué)性能。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0005] (1)合金化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)wt%為:B 0.3~0.8，其余為Zr和不可避免的雜質(zhì)；
[0006] (2)鑄錠:將原材料海綿錯(cuò)清洗干凈，與棚粉混合均勻，放入真空非自耗電弧烙煉 爐中，將爐腔內(nèi)的真空度抽到1 X l(T2Pa，充入高純氣氣作為保護(hù)氣氛后開(kāi)始常規(guī)烙煉，烙煉 過(guò)程中，合金錠需要翻轉(zhuǎn)重烙6次W確保成分均勻；
[0007] (3)社制:對(duì)步驟(2)的鑄錠進(jìn)行社制，社制溫度為800°C，采用多道次變形，每次壓 下量為2.5mm，最終變形量達(dá)到75%，每道次變形之間，在原社制溫度下保溫3分鐘，最終社 制厚度為6mm;最后一次變形后，空冷至室溫，將表層氧化皮打磨干凈；
[000引（4)退火:對(duì)步驟(3巧L制后的合金進(jìn)行最終的退火處理，在管式真空爐中用氣氣 保護(hù)加熱，在600-900°C的溫度條件下保溫1.5小時(shí)后隨爐冷卻到100°C W下從爐中取出進(jìn) 行空冷，制得錯(cuò)棚合金。
[0009] 利用線(xiàn)切割切出拉伸試樣（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn):GBT228-2002)，每個(gè)樣品至少切出5個(gè)拉伸 樣，確保數(shù)據(jù)的可重復(fù)性，采用室溫單軸拉伸實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試儀器型號(hào)為Instron 5982 的萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)(生產(chǎn)商：英斯特朗，美國(guó)），全程用引伸計(jì)監(jiān)測(cè)試樣的拉伸位移，拉伸速 率設(shè)定為5Xl(r3s^i;本發(fā)明錯(cuò)基合金的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果為：屈服強(qiáng)度:508-605MPa，抗拉 強(qiáng)度：690~7231口日，延伸率：15.7%~21.7%。
[0010] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0011] 1、制備工藝簡(jiǎn)單。
[0012] 2、制備出高性能的錯(cuò)基合金，有效地控制了合金的組織形態(tài)，使強(qiáng)硬的ZrB2陶瓷 相均勻分布，并使板條狀的a相球化。
[0013] 3、通過(guò)添加微量棚元素和后續(xù)熱加工處理，同時(shí)提高了金屬錯(cuò)的塑性和力學(xué)性 能，其最佳室溫抗拉強(qiáng)度比純錯(cuò)提高了 28.64%，其最佳延伸率比純錯(cuò)提高了 53.57%。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制得的錯(cuò)棚合金的顯微組織圖。
[001引圖視本發(fā)明實(shí)施例2制得的錯(cuò)棚合金的顯微組織圖。
[0016]圖3是本發(fā)明實(shí)施例3制得的錯(cuò)棚合金的顯微組織圖。
【具體實(shí)施方式】 [0017]實(shí)施例1
[001引取工業(yè)級(jí)海綿錯(cuò)、棚粉，按照合金成分化-0.3B(質(zhì)量百分比）配料，放入非自耗真 空電弧烙煉爐中，將爐腔內(nèi)的真空度抽到IX l(T2Pa，充入高純氣氣作為保護(hù)氣氛后開(kāi)始常 規(guī)烙煉，烙煉過(guò)程中，要翻轉(zhuǎn)重烙6次W確保獲得的合金鑄錠成分均勻;然后對(duì)合金鑄錠進(jìn) 行社制，社制溫度為800°C，采用多道次變形，每次壓下量為2.5mm，合金的最終變形量達(dá)到 75%，鑄錠每道次變形之間在800°C保溫3分鐘，最終厚度為6mm，最后一次變形后，空冷至室 溫，將表層氧化皮打磨干凈。將經(jīng)過(guò)社制后的合金進(jìn)行退火處理，在管式真空爐中用氣氣保 護(hù)加熱，在700°C的溫度條件下保溫1.5小時(shí)后隨爐冷卻到100°C W下從爐中取出進(jìn)行空冷， 制得具有優(yōu)異力學(xué)性能的錯(cuò)棚合金。
[0019] 如圖1所示，制得的錯(cuò)棚合金的組織由均勻分布的化B2相和等軸a相組成，合金中 ZrB2相的均勻分布和a相球化提高了金屬錯(cuò)的強(qiáng)度和延伸率。利用線(xiàn)切割切出拉伸試樣，并 測(cè)其力學(xué)性能。本發(fā)明與對(duì)比文獻(xiàn)l(Z.H.化ng，X.J.Jiang，Y.K.Zhou，C.Q.Xia，S.X丄iang， R.Jing,X.Y.Zhang,M.Z.Ma,R.P.Liu.Influence of beryllium addition on the microstructural evolution and mechanical properties of Zr alloys Materials and Desi即.2015,65:890-895.)中所報(bào)道的純錯(cuò)的抗拉強(qiáng)度和延伸率相比，分別提高了 25.44 %和40.83 %。測(cè)試結(jié)果如表1所示。
[0020] 實(shí)施例2
[0021 ]取工業(yè)級(jí)海綿錯(cuò)、棚粉，按照合金成分化-0.5B(質(zhì)量百分比）配料，放入非自耗真 空電弧烙煉爐中，將爐腔內(nèi)的真空度抽到IX l(T2Pa，充入高純氣氣作為保護(hù)氣氛后開(kāi)始常 規(guī)烙煉，烙煉過(guò)程中，要翻轉(zhuǎn)重烙6次W確保獲得的合金鑄錠成分均勻;然后對(duì)合金鑄錠進(jìn) 行社制，社制溫度為800°C，采用多道次變形，每次壓下量為2.5mm，合金的最終變形量達(dá)到 75%，鑄錠每道次變形之間在800°C保溫3分鐘，最終厚度為6mm，最后一次變形后，空冷至室 溫，將表層氧化皮打磨干凈。將經(jīng)過(guò)社制后的合金進(jìn)行退火處理，在管式真空爐中用氣氣保 護(hù)加熱，在800°C的溫度條件下保溫1.5小時(shí)后隨爐冷卻到100°C W下從爐中取出進(jìn)行空冷， 制得具有優(yōu)異力學(xué)性能的錯(cuò)棚合金。
[0022]如圖2所示，制得的錯(cuò)棚合金的組織由均勻分布的化B2相和等軸a相組成，a相的進(jìn) 一步球化提高了金屬錯(cuò)的強(qiáng)度和延伸率。利用線(xiàn)切割切出拉伸試樣，并測(cè)其力學(xué)性能。本發(fā) 明與對(duì)比文獻(xiàn) 1(Z.H. !^ng，X.J. Jiang，Y.K. Zhou, C.Q.Xia，S.X 丄 iang，R.Jing, X.Y. Zhang, M.Z.Ma,R.P.Liu.Influence of beryllium addition on the microstructural evolution and mechanical properties of Zr alloys Materials and Design.2015, 65:890-895.)中所報(bào)道的純錯(cuò)的抗拉強(qiáng)度和延伸率相比，分別提高了22.77%和53.57%。 測(cè)試結(jié)果如表1所示。
[0023] 實(shí)施例3
[0024] 取工業(yè)級(jí)海綿錯(cuò)、棚粉，按照合金成分化-0.8B(質(zhì)量百分比）配料，放入非自耗真 空電弧烙煉爐中，將爐腔內(nèi)的真空度抽到IX l(T2Pa，充入高純氣氣作為保護(hù)氣氛后開(kāi)始常 規(guī)烙煉，烙煉過(guò)程中，要翻轉(zhuǎn)重烙6次W確保獲得的合金鑄錠成分均勻;然后對(duì)合金鑄錠進(jìn) 行社制，社制溫度為800°C，采用多道次變形，每次壓下量為2.5mm，合金的最終變形量達(dá)到 75%，鑄錠每道次變形之間在800°C保溫3分鐘，最終厚度為6mm，最后一次變形后，空冷至室 溫，將表層氧化皮打磨干凈。將經(jīng)過(guò)社制后的合金進(jìn)行退火處理，在管式真空爐中用氣氣保 護(hù)加熱，在900°C的溫度條件下保溫1.5小時(shí)后隨爐冷卻到100°C W下從爐中取出進(jìn)行空冷， 制得具有優(yōu)異力學(xué)性能的錯(cuò)棚合金。
[0025] 如圖3所示，制得的錯(cuò)棚合金的組織由均勻分布的化B2相和等軸a相組成。利用線(xiàn) 切割切出拉伸試樣，并測(cè)其力學(xué)性能。本發(fā)明與對(duì)比文獻(xiàn)UZ.H. Feng, X.J. Jiang, Y.K.Zhou,C.Q.Xia,S.X.Liang,R.Jing,X.Y.Zhang,M.Z.Ma,R.P.Liu.Influence of beryllium 曰ddition on the microstructur曰1 evolution 曰nd mech曰nic曰1 properties of Zr alloys Materials and Desi即.2015,65:890-895.)中所報(bào)道的純錯(cuò)的抗拉強(qiáng)度和 延伸率相比，分別提高了26.15%和45.08%。測(cè)試結(jié)果如表1中實(shí)施例3所示。
[0026] 表1:實(shí)施例1、2、3制得的錯(cuò)基合金的塑性和力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果
[0027]
[002引注:對(duì)比試驗(yàn)文獻(xiàn)來(lái)源
[0029] lZ.H.Feng,X.J.Jiang,Y.K.Zhou,C.Q.Xia,S.X.Liang,R.Jing,X.Y.Zhang, M.Z.Ma,R.P.Liu.Influence of beryllium addition on the microstructural evolution and mechanical properties of Zr alloys Materials and Design.2015, 65:890-895.
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種提高金屬鋯塑性和力學(xué)性能的方法，其特征在于，方法步驟如下： (1) 合金化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)wt %為:B 0.3~0.8，其余為Zr和不可避免的雜質(zhì)； (2) 鑄錠:將原材料海綿鋯清洗干凈，與硼粉混合均勻，放入真空非自耗電弧熔煉爐中， 將爐腔內(nèi)的真空度抽到IX l〇_2Pa，充入高純氬氣作為保護(hù)氣氛后開(kāi)始常規(guī)熔煉，熔煉過(guò)程 中，合金錠需要翻轉(zhuǎn)重熔6次以確保成分均勻； (3) 乳制:對(duì)步驟(2)的鑄錠進(jìn)行乳制，乳制溫度為800°C，采用多道次變形，每次壓下量 為2.5mm，最終變形量達(dá)到75%，每道次變形之間，在原乳制溫度下保溫3分鐘，最終乳制厚 度為6mm;最后一次變形后，空冷至室溫，將表層氧化皮打磨干凈； (4) 退火:對(duì)步驟(3)乳制后的合金進(jìn)行最終的退火處理，在管式真空爐中用氬氣保護(hù) 加熱，在600-900 °C的溫度條件下保溫1.5小時(shí)后隨爐冷卻到100°C以下從爐中取出進(jìn)行空 冷，制得鋯硼合金。
【文檔編號(hào)】C22C16/00GK106048308SQ201610555796
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月14日
【發(fā)明人】劉日平, 夏超群, 馮志浩, 馬明臻, 張新宇, 張世良
【申請(qǐng)人】燕山大學(xué)