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锆管加工
真空自耗电弧熔炼法是锆和锆合金工业生产的普遍的方法。采用正确的加入合金元素的方法,合适的新旧料搭配比例和合理的熔铸制度,才能得到高质量的铸锭。
铸锭开坯一般在β相区进行,这既有利于变形,又减少了合金元素的偏聚。二次锻造温度比开坯温度低,纯锆和Zr-2合金在α 相区的高温区进行锻造,Zr-2.5Nb在(α+β)相区进行锻造。终锻温度不得低于700℃。热轧温度和二次锻造温度相近,挤压温度更低一些。为防止氧化和粘模,坯料在挤压前要包铜,或加玻璃涂层。纯锆在液氮温度下仍有良好塑性。室温轧板时两次退火间的冷加工量可达40%或更高。成品前的冷加工制度,对锆锡合金管材的质量和性能有重要影响。为获得综合性能好的管材,成品前冷轧的总压缩率应达50%以上。
常温下呈密排六方结构的α-Zr在冷变形加工中易形成织构。锆管的织构对其强度、蠕变性能、氢化物取向、辐照生长等有重要影响。反应堆中使用的Zr-4合金包壳管,通常要求近径向基极织构(即六方点阵的C轴基本上平行于管子的直径)。一般终冷加工工序的壁厚减薄率与直径收缩率之比大于 1时易得到这种织构取向。而在Zr-2.5Nb压力管的生产中是通过控制挤压工艺参数和挤压坯组织以控制织构的。
锆合金管是锆或其他金属的固溶体制作的管子。
高强韧轻质锆合金可分为晶态锆合金与非晶态锆合金。
晶态锆合金按其相组成通常可分为α型锆合金、α+β型锆合金和β型锆合金。从力学性能的角度出发,α型锆合金具有较高的强度(抗拉强度可达1600MPa以上)与硬度,其耐摩擦磨损性能优于钛合金,经表面处理后其耐磨性明显;α+β型锆合金同时存在两种不同晶体结构的相,具有优异的综合力学性能;β型锆合金滑移系较多,具有较高的塑性(断后延伸率可达30%)。
非晶态锆合金其固态物质原子的排列所具有的近程有序、长程无序的状态,是一种典型的亚稳态,故此非晶材料也被称为金属玻璃或液态金属。锆基非晶合金的硬度在60HRC以上(比不锈钢高20%以上),具备超高的强度、耐磨性,远超合金钢(例如:比强度是20CrMnTi合金钢的2.4倍),且密度比合金钢降低30%以上,无需进行表面处理即拥有光洁的表面,但有临界尺寸的限制。
无论是晶态锆合金还是非晶态锆合金除了具备锆合金的所有优点与特性外还各持所长,锆合金分类,为锆合金的应用与产品的材料选择提供了简单明了的指导。
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