锻造工艺对Zr-4合金管坯微观结构、力学性能和耐腐蚀性能的影响
发布时间：2021-06-17 01:16
为了研究不同锻造工艺对Zr-4合金管材组织及性能的影响,基于1火次锻坯,分别在α相区、（α+β）相区和β相区进行2火次锻造,经历相同的淬火、挤压、轧制及热处理工序后,获得3种Φ63. 5 mm×10. 9 mm管坯,利用OM、SEM、TEM和EBSD分析了管材试样的显微组织,在静态高压釜中进行了500℃和400℃/10. 3 MPa蒸汽腐蚀试验,借助室温、高温（380℃）拉伸试验,对比了试样的力学性能。结果表明:2火次采用低温α相区锻造工艺,可加大锻坯组织破碎程度,实现最终管材的晶粒组织细化,从而提高了拉伸性能;第二相粒子主要沿晶界分布,晶粒细化后形成更多晶界,明显增加了第二相粒子数量,也在一定程度上改善了其分布均匀性;同时,低温锻造下的坯料表层获得更大变形,密排六方结构的管材晶粒取向发生变化,耐腐蚀性能更优的试样的柱面法向垂直于管材轧制方向。第二相粒子和织构两个方面因素的共同作用,使得Zr-4合金管材的耐腐蚀性能显著提升。
【文章来源】：锻压技术. 2020,45(05)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
Φ63.5mm×10.9mm管坯拉伸试验取样示意图(a)取样位置(b)拉伸试样尺寸Fig.1SchematicdiagramsoftensiletestsamplingforΦ63.5mm×10.9mmtubebillet
图1Φ63.5mm×10.9mm管坯拉伸试验取样示意图(a)取样位置(b)拉伸试样尺寸Fig.1SchematicdiagramsoftensiletestsamplingforΦ63.5mm×10.9mmtubebillet(a)Samplinglocations(b)Dimensionsoftensilesamples为对比2火次锻造工艺对Φ63.5mm×10.9mm图2不同温度下淬火后的Zr-4合金铸锭原料相变点测试结果(a)800℃(b)830℃(c)850℃(d)940℃(e)970℃(f)980℃Fig.2TestresultsofphasetransformationpointsforZr-4alloyingotafterquenchingunderdifferenttemperatures管坯耐腐蚀性能的影响，沿管坯轧向取13mm宽度环状试样，按照ASTMG2/G2M—2011［15］，分别在ＲCSH型3.5L静态高压釜中开展500℃/10.3MPa/8h和400℃/10.3MPa/220d高温蒸汽下的腐蚀试验，通过比较腐蚀样品外观、增重以及氧化膜厚度，研究2火次锻造工艺带来的“遗传”影响。2结果与讨论2.1铸锭原料相变点分析图2为利用金相法测试获得的铸锭原料在不同温度下淬火处理的显微组织照片。由图2可见:800℃下，试样中全为等轴状的α-Zr晶粒;温度升至830℃时，在α-Zr晶粒边界处开始出现少量的β-Zr;继续升温至850℃后，晶界处的β-Zr数量明显增多;940℃时，原始α-Zr晶粒所占面积分数已明显减少，而新生β-Zr则不断增加;970℃时，情况已完全相反，只能在β-Zr晶界处观察到少量的α-Zr;980℃后，试样中全为β-Zr晶粒。由此可判断，本文试验用铸锭原料的下相变点(α相(α+β)相)约为820～840℃，上相变点((α+β)相β相)约为960～980℃。亦即:当
ryforgingprocesses项目2火次锻造工艺屈服强度/MPa抗拉强度/MPa室温拉伸(25℃)α相区－800℃395，392，400572，575，580(α+β)相区－900℃379，380，385558，560，565β相区－1050℃360，365，370540，545，550高温拉伸(380℃)α相区－800℃141，145，150244，250，255(α+β)相区－900℃124，130，135231，235，240β相区－1050℃114，120，125221，225，230图3不同锻造工艺对应的锻坯和管坯表层金相组织对比(a)800℃－锻坯(b)900℃－锻坯(c)1050℃－锻坯(d)800℃－管坯(e)900℃－管坯(f)1050℃－管坯Fig.3Comparisonofmicrostructuresinsurfacelayerbetweenforgingbilletsandtubebilletscorrespondingtodifferentforgingprocesses(a)800℃-forgingbillet(b)900℃-forgingbillet(c)1050℃-forgingbillet(d)800℃-tubebillet(e)900℃-tubebillet(f)1050℃-tubebillet至1050℃，拉伸试样的屈服强度Ｒp0.2从(145±5)MPa降至(120±5)MPa，抗拉强度Ｒm亦由(250±5)MPa降为(225±5)MPa。这说明，2火次锻造温度采用低温800℃工艺，可显著提升最终Φ63.5mm×10.9mm管坯的拉伸性能。不同2火次锻造工艺引起的管坯力学性能差异主要与其微观晶粒尺寸的“遗传”影响有关。图3跟踪对比了3种锻造工艺制备的锻坯和管坯表层晶粒组织。随着锻造温度从α相区－800℃提高至β相区－1050℃，
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于数值模拟的大型Zr-4合金铸锭锻造工艺优化[J]. 卫新民,张兵,储林华. 锻压技术. 2018(05)
[2]基于ANN-FEM法的Zr-4合金锻件晶粒组织研究[J]. 李颜,张加霞. 金属世界. 2018(02)
[3]Zr-4合金疖状腐蚀与晶粒取向的关系[J]. 陈传明,周邦新,徐龙,苟少秋,黄娇,张金龙,姚美意. 稀有金属材料与工程. 2016(12)
[4]β相处理时冷却速率对Zr-4合金耐疖状腐蚀性能的影响[J]. 陈传明,周邦新,姚美意,苟少秋,张金龙,李强,梁雪. 稀有金属材料与工程. 2016(10)
[5]冷却速率及杂质元素对锆合金β→α转变组织的影响[J]. 栾佰峰,薛姣姣,柴林江,周军. 稀有金属材料与工程. 2013(12)
[6]锆材在核电站的应用及前景[J]. 袁改焕,李恒羽,王德华. 稀有金属快报. 2007(01)
本文编号：3234164
【文章来源】：锻压技术. 2020,45(05)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
Φ63.5mm×10.9mm管坯拉伸试验取样示意图(a)取样位置(b)拉伸试样尺寸Fig.1SchematicdiagramsoftensiletestsamplingforΦ63.5mm×10.9mmtubebillet
图1Φ63.5mm×10.9mm管坯拉伸试验取样示意图(a)取样位置(b)拉伸试样尺寸Fig.1SchematicdiagramsoftensiletestsamplingforΦ63.5mm×10.9mmtubebillet(a)Samplinglocations(b)Dimensionsoftensilesamples为对比2火次锻造工艺对Φ63.5mm×10.9mm图2不同温度下淬火后的Zr-4合金铸锭原料相变点测试结果(a)800℃(b)830℃(c)850℃(d)940℃(e)970℃(f)980℃Fig.2TestresultsofphasetransformationpointsforZr-4alloyingotafterquenchingunderdifferenttemperatures管坯耐腐蚀性能的影响，沿管坯轧向取13mm宽度环状试样，按照ASTMG2/G2M—2011［15］，分别在ＲCSH型3.5L静态高压釜中开展500℃/10.3MPa/8h和400℃/10.3MPa/220d高温蒸汽下的腐蚀试验，通过比较腐蚀样品外观、增重以及氧化膜厚度，研究2火次锻造工艺带来的“遗传”影响。2结果与讨论2.1铸锭原料相变点分析图2为利用金相法测试获得的铸锭原料在不同温度下淬火处理的显微组织照片。由图2可见:800℃下，试样中全为等轴状的α-Zr晶粒;温度升至830℃时，在α-Zr晶粒边界处开始出现少量的β-Zr;继续升温至850℃后，晶界处的β-Zr数量明显增多;940℃时，原始α-Zr晶粒所占面积分数已明显减少，而新生β-Zr则不断增加;970℃时，情况已完全相反，只能在β-Zr晶界处观察到少量的α-Zr;980℃后，试样中全为β-Zr晶粒。由此可判断，本文试验用铸锭原料的下相变点(α相(α+β)相)约为820～840℃，上相变点((α+β)相β相)约为960～980℃。亦即:当
ryforgingprocesses项目2火次锻造工艺屈服强度/MPa抗拉强度/MPa室温拉伸(25℃)α相区－800℃395，392，400572，575，580(α+β)相区－900℃379，380，385558，560，565β相区－1050℃360，365，370540，545，550高温拉伸(380℃)α相区－800℃141，145，150244，250，255(α+β)相区－900℃124，130，135231，235，240β相区－1050℃114，120，125221，225，230图3不同锻造工艺对应的锻坯和管坯表层金相组织对比(a)800℃－锻坯(b)900℃－锻坯(c)1050℃－锻坯(d)800℃－管坯(e)900℃－管坯(f)1050℃－管坯Fig.3Comparisonofmicrostructuresinsurfacelayerbetweenforgingbilletsandtubebilletscorrespondingtodifferentforgingprocesses(a)800℃-forgingbillet(b)900℃-forgingbillet(c)1050℃-forgingbillet(d)800℃-tubebillet(e)900℃-tubebillet(f)1050℃-tubebillet至1050℃，拉伸试样的屈服强度Ｒp0.2从(145±5)MPa降至(120±5)MPa，抗拉强度Ｒm亦由(250±5)MPa降为(225±5)MPa。这说明，2火次锻造温度采用低温800℃工艺，可显著提升最终Φ63.5mm×10.9mm管坯的拉伸性能。不同2火次锻造工艺引起的管坯力学性能差异主要与其微观晶粒尺寸的“遗传”影响有关。图3跟踪对比了3种锻造工艺制备的锻坯和管坯表层晶粒组织。随着锻造温度从α相区－800℃提高至β相区－1050℃，
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于数值模拟的大型Zr-4合金铸锭锻造工艺优化[J]. 卫新民,张兵,储林华. 锻压技术. 2018(05)
[2]基于ANN-FEM法的Zr-4合金锻件晶粒组织研究[J]. 李颜,张加霞. 金属世界. 2018(02)
[3]Zr-4合金疖状腐蚀与晶粒取向的关系[J]. 陈传明,周邦新,徐龙,苟少秋,黄娇,张金龙,姚美意. 稀有金属材料与工程. 2016(12)
[4]β相处理时冷却速率对Zr-4合金耐疖状腐蚀性能的影响[J]. 陈传明,周邦新,姚美意,苟少秋,张金龙,李强,梁雪. 稀有金属材料与工程. 2016(10)
[5]冷却速率及杂质元素对锆合金β→α转变组织的影响[J]. 栾佰峰,薛姣姣,柴林江,周军. 稀有金属材料与工程. 2013(12)
[6]锆材在核电站的应用及前景[J]. 袁改焕,李恒羽,王德华. 稀有金属快报. 2007(01)
本文编号：3234164
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