鋯合金力學分析研究

摘 ?要：本文將對鋯合金進行力學分析，分別對其在室溫及高溫環境下的拉伸性能進行研究，以鋯合金的特性及試驗的理論依據、試驗方法進行入手，對其結果進行數據處理及分析，以此得出試驗結論。通過反復試驗的方式確保試驗結果的準確，同時將其誤差縮小至最低的范疇之內。

關鍵詞：鋯合金;力學分析;拉伸性能

1.鋯合金特性

鋯合金作為鋯和其他金屬的合金繼承了鋯的特性，其特性體現在硬度、延展性及耐腐性方面。但是在耐腐蝕性及強度方面其依舊無法達成一些特殊目標，因此各國科學家開始對鋯合金進行研究。最先問世的鋯合金為Zr-2合金，而在本文中進行力學分析的則為Zr-4合金。Zr-4合金當中不含鎳成分，同時加入了適當的鐵。因此其各方面屬性都更加突出，在反應堆當中多使用Zr-4合金所制作的包殼管，對其進行力學分析的科學意義更加明顯。

2.試驗方法及理論依據

2.1試驗理論依據

鋯合金力學分析的理論依據首先是其拉伸性能能夠在其內部成分及組織結構方面得到體現，同時相關的參考因素還能夠被歸納總結為材料在試驗的過程中外界的溫度及受力情況[1]。普通的單一金屬材料在力學性能分析當中能夠被總結為其實在屈服流動臺階方面是否具有明顯性，在這一點上金屬鋯屬于沒有明顯屈服流動臺階的一種，因此金屬鋯的割線模量為0.7E。

在試驗的開始階段，首先要將試驗材料放置于萬能試驗機之上，后對其受力進行緩慢的添加，直至試驗材料出現斷裂的情況[2]。在這一過程中對試驗中出現的各項數據進行激勵并以此繪制出相關的受力與拉伸比曲線圖，其中的特性點應力在屈服極限及拉伸強度這兩項數據當中能夠得到體現。下文將通過圖片的形式對其曲線圖進行展示，詳情見圖1。

2.2試驗方法

試驗中所使用的設備分別是拉伸試驗機及引伸計，在拉伸試驗機方面其型號為CMT5015，準確度高于0.5級。試驗過程當中所使用的鋯合金為包殼管狀態，分別將其放置于室溫及高溫環境下進行試驗。試驗的結果經過統一的記錄并歸納總結為圖表之內，下文將通過表格的形式對其進行展示，詳情見圖表1。

3、試驗結果分析

3.1試驗結果數據處理

在試驗結果處理階段首先將對其數據進行統計，其統計的內容分別包括抗拉強度、屈服強度及斷后延展率著三項數據，在其統計的過程當中分別對其平均值及偏差率進行了計算。

3.2試驗結果分析

在對數據進行分析前，皆由上文鋯合金拉伸數據表內容下文將對其處理結果進行總結，展示其平均值及偏差方面的結果，詳情見圖表2。

通過對圖表2當中的數據進行總結能夠發現其在標準差方面的波動較小，同時其數值之間的差異性也相對較小。因此在對其數值進行分析時能夠發現其結果不會隨著時間及所加的力發生相應的改變，因此能夠證明通過這樣的方式能夠對鋯合金在不同溫度環境下的應變指數進行測試[3]。

而在有效性方面圖表2當中同樣有著清晰的展示，當溫度環境被設置為室溫環境25℃時其抗拉強度及屈服強度分別為530MPa、532MPa、540MPa及350MPa、345MPa、360MPa的數值，這樣的數據結果遠超國家對其設定的相關標準，同時還能夠發現在實驗數據方面結果數值是十分集中的，因此能夠說明存在的誤差也是十分細微的，但是其誤差存在的原因是由于長度區的長度出現變化所導致的，因此這樣的情況是無法避免的。

最后在對試驗結果的對比當中能夠發現兩項試驗結果都能夠發現其較為集中，但是在結果方面也會出現一定的誤差。造成這樣情況的原因通常情況下是由于拉伸過程當中無法避免的彈性形變所造成的。在這樣的情況下，使用萬能試驗機能夠將其誤差控制到最小，因此以萬能試驗機結果為準。

4、試驗結論

由上文內容及試驗結果的分析能夠對鋯合金的力學性能得到總結，其具體的試驗結論首先為在經過萬能拉伸機進行試驗后所得到的鋯合金力學性能結果十分集中，其結果的誤差也被控制在了一定范圍之內，因此其試驗結果有著很高的科學性。同樣在使用拉伸試驗機對鋯合金在不同溫度環境下的拉伸性能進行試驗的過程中，其誤差同樣相對較小，得出的結果有著很高的精準度能夠作為日后實際應用當中的參考結果使用[4]。其次當鋯合金的規格得到變量控制時其抗拉強度的數值要高于屈服強度的數值，在延伸率方面長標延伸率要遠高于短標延伸率。最后當規格及材料兩項變量都得到控制的情況下，在強度指標方面室溫條件下的鋯合金強度指標高于高溫條件下的鋯合金強度指標[5]。

5、結 語：

通過本文的論述，對鋯合金在萬能試驗機上的力學性能及拉伸強度得到了較為集中的體現。而相關的試驗結果在未來鋯合金的實際應用當中也能夠起到一定的參考價值，希望通過這樣的方式能夠將鋯合金在生產應用當中的實際意義得到提升。

參考文獻

[1] ?張振華，劉翼豪，張愛蒙，繩飄.NiTi合金力學和阻尼性質研究及偽彈性退化分析[J].應用力學學報，2019，36（01）：172-177+261.

[2] ?竇麗，娟徐，呈唐，穎孫，利元.鋯合金力學性能分析[J].科技視界，2017（35）：39-40.

[3] ?徐悠. M5鋯合金馬氏體亞結構研究[D].西安工業大學，2014.

[4] ?王引婷，吳興剛.不同組織Mo-La合金力學性能分析[J].有色礦冶，2010，26（04）：45-46.

[5] ?王足，朱玉萍，兌關鎖，崔海寧.形狀記憶合金力學特性的細觀力學分析[J].北京交通大學學報，2008（01）：119-122+126.

作者簡介：周堯，男，1984.03.07，河南鞏義，本科，研究方向：鋯及鋯合金材料方面和質量無損檢測方面。