锆铝合金热处理工艺及力学性能的研究

发布时间：2017-04-19 19:24

  本文关键词：锆铝合金热处理工艺及力学性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：Zr系合金对于空间服役的活动构件而言是极其诱人的候选材料，但较低的强度限制了它的广泛应用。Zr3Al为面心立方结构，具有良好的强度和塑形，热中子吸收截面也较小。为了提高Zr系合金的性能，本文尝试添加Al元素，通过包析反应生成Zr3Al相来强化合金，然后再向锆铝二元合金中添加B和Nb元素来改善锆铝二元合金的性能。 Zr3Al是通过包析反应Zr+Zr2Al→Zr3Al产生的。本文首先研究了Al含量为6%、7%、8%和9.0%的锆铝二元合金，通过不同的退火工艺并借助X射线衍射、金相组织观察、维氏硬度测试、拉伸和压缩等实验，找到了力学性能较为优异的材料配比和退火工艺：Al含量为8%的锆铝二元合金经过900℃-8h的退火热处理，包析反应转变完成，只有Zr和Zr3Al两相，且晶粒较为均匀，锆铝二元合金的抗拉强度达到了713MPa，延伸率为3.92%。随后本文向成分为81.9Zr-8.1Al的锆铝二元合金中添加了不同含量的B元素，并进行不同的退火处理和相同的实验分析，结果表明：无论是铸态还是经过退火后的锆铝二元合金，添加微量的B都能够显著地细化合金的晶粒，使晶粒的尺寸下降一个数量级以上，而且B元素的加入能很好地改善合金的力学性能，B含量为0.05g的合金经过900℃-24h的退火处理后，包析反应转变完成，合金达到了较为理想的力学性能，抗拉强度为937MPa，延伸率为10.1%。最后本文向成分为81.9Zr-8.1Al的锆铝二元合金中添加了不同含量的Nb元素，同样进行不同的热处理和相同的实验分析，结果表明，，Nb元素的加入能有效细化合金的组织，提高合金的硬度，但是本文中的退火热处理未能达到发生包析反应的目的，合金的力学性能也没有发生明显的改善，需要做进一步研究。
【关键词】：锆铝合金 退火 力学性能 包析反应 金相组织
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG166.7;TG146.414
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 引言10-11
• 1.2 锆的基本性质11-13
• 1.2.1 锆的结晶结构与晶形11
• 1.2.2 锆的物理及力学性能11-12
• 1.2.3 锆的化学性质12
• 1.2.4 锆的耐腐蚀性12-13
• 1.2.5 锆的核性能13
• 1.3 锆合金的主要应用13-14
• 1.3.1 锆合金在核反应堆中的应用13
• 1.3.2 锆合金在飞行器上的应用13-14
• 1.4 锆铝合金的特点及研究现状14-16
• 1.4.1 锆铝合金金属间化合物14-15
• 1.4.2 锆铝合金金属间化合物 Zr3Al 的特点15-16
• 1.4.3 锆铝合金的研究现状16
• 1.5 本文研究的意义和内容16-19
• 1.5.1 本文研究的意义16-17
• 1.5.2 本文研究的内容17-19
• 第2章 样品制备及热处理方案19-25
• 2.1 实验材料19
• 2.2 实验样品及其成分配比19
• 2.3 合金铸锭熔炼及试样浇铸19-21
• 2.4 片状试样加工21-22
• 2.5 金相实验22-23
• 2.6 退火处理23
• 2.7 力学性能实验23
• 2.8 维氏硬度测试23-24
• 2.9 本章小结24-25
• 第3章 锆铝二元合金25-48
• 3.1 铝含量对锆铝二元合金金相的影响25-29
• 3.1.1 铝含量对铸态锆铝二元合金金相的影响25
• 3.1.2 铝含量对退火后锆铝二元合金金相的影响25-29
• 3.2 退火温度对锆铝二元合金金相的影响29-33
• 3.2.1 退火温度对锆铝二元合金晶粒的影响30-31
• 3.2.2 退火温度对锆铝二元合金显微组织的影响31-33
• 3.3 保温时间对锆铝二元合金金相的影响33-38
• 3.4 铝含量对锆铝二元合金硬度的影响38-39
• 3.5 退火工艺对锆铝二元合金硬度的影响39-40
• 3.5.1 退火温度对锆铝二元合金硬度的影响39-40
• 3.5.2 保温时间对锆铝二元合金硬度的影响40
• 3.6 力学性能分析40-46
• 3.6.1 拉伸试验41-46
• 3.6.1.1 等时退火后锆铝二元合金的力学性能41-44
• 3.6.1.2 保温时间对锆铝二元合金力学性能的影响44-45
• 3.6.1.3 锆铝二元合金最佳成分的选择45-46
• 3.6.2 压缩实验46
• 3.7 本章小结46-48
• 第4章 B 元素对锆铝二元合金的影响48-60
• 4.1 B 元素对铸态锆铝二元合金组织的影响48-51
• 4.1.1 B 元素对铸态锆铝二元合金晶粒的影响48-49
• 4.1.2 B 元素对铸态锆铝二元合金显微组织的影响49-51
• 4.2 退火状态下 B 元素对锆铝二元合金组织的影响51-54
• 4.2.1 退火状态下 B 元素对锆铝二元合金晶粒的影响51-52
• 4.2.2 退火状态下 B 元素对锆铝二元合金显微组织的影响52-54
• 4.3 B 元素含量和退火工艺对锆铝二元合金合金硬度的影响54-56
• 4.3.1 B 元素含量对合金硬度的影响54-55
• 4.3.2 退火对合金硬度的影响55-56
• 4.4 力学性能分析56-58
• 4.4.1 拉伸试验56-58
• 4.4.2 压缩试验58
• 4.5 本章小结58-60
• 第5章 NB 元素对锆铝二元合金影响的探索60-65
• 5.1 NB 元素对锆铝二元合金金相的影响60-61
• 5.2 NB 元素对锆铝二元合金硬度的影响61-63
• 5.2.1 Nb 元素含量对铸态锆铝二元合金硬度的影响62
• 5.2.2 退火对铸态锆铝二元合金硬度的影响62-63
• 5.3 NB 元素对锆铝二元合金力学性能的影响63
• 5.4 本章小结63-65
• 结论65-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间承担的研究任务与主要成果71-72
• 致谢72-73
• 作者简介73

【参考文献】

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本文编号：316995