淺談加工工藝對鋯合金微觀結構及力學性能的影響

摘? 要：本文將結合鋯合金微觀結構及合金性能和使用方向，對鋯合金在在常規室溫下的拉伸、高溫下拉伸高溫蒸汽腐蝕進行分析說明。以理論依據和實驗數據入手，研究了鋯合金在不同變形量、Q值和熱處理環境下微觀組織、力學性能及組織結構的狀態。

關鍵詞：鋯合金加工;微觀結構;力學;性能影響

1.鋯合金微觀結構即力學性能分析的作用意義

鋯合金作為核反應堆結構中綜合性能十分優良的熱中子，在實際應用的過程中，有著較為可靠的力學延展性，并在高溫或是蒸汽的環境中，積極對抗核反應堆結構中的中子，展現出更為良好的輻照性能。不僅如此，鋯合金結構材料在過往的應用研究中，也有著優質的可塑性和加工性。多種優勢條件的共同影響下，不斷提升著鋯合金結構材料的應用范圍。

核反應堆內部工況十分復雜，對鋯合金鑄造的一些包殼管強度要求相當高。

因此，在對鋯合金進行實際運用的過程中，不僅要確保結構組件自身的質量水平，還要保障鋯合金組件在力學性能上可以達到最大的承受范圍。在過往的核反應堆操作中，常對鋯合金組件的結構強度和力學性能等進行檢驗^[1]。同時鋯合金的強度提升在一定程度上也提高了核電站的經濟效益，降低了運營成本和發電成本。由此可見，作為核反應堆中鋯合金材料的應用中，常作為燃料包殼進行使用，因而鋯合金自身的組織架構性能會手應力腐蝕以及水側腐蝕有著十分密切的聯系，甚至會直接影響鋯合金中氫化物的質量。所以在鋯合金的研究與開發使用中，力學性能、微觀組織及組織結構的研究和控制具有舉足輕重的影響。

基于以上幾點內容，本文在對加工工藝對鋯合金微觀結構及力學性能的影響研究中，根據鋯合金在不同熱處理情況下所產生的變量，以及組織結構產生的力學性能變化都作出了深入的分析和研究，旨在為核反應堆鋯合金未來加工工藝的生產作出重要和科學的理論依據。

2.實驗的原理

在對鋯合金組件采取了冷加工等相應的加工處理方式，并對不同熱處理環境下的鋯合金組件結構變形情況，進行了組織構建力學性能變化以及顯微組織的對比分析。具體內容如下表所示：

3.實驗的結果分析與討論

3.1力學性能變化以及顯微組織的影響結果

在對鋯合金組件進行熱處理和工藝加工后，鋯合金管材自身結構纏身了一定的變化，在對其力學性能進行分析后發現，鋯合金組件在相同的變形條件和統一的溫度環境下，對鋯合金組件的進行屈服強度和抗拉強度進行觀察分析發現，在真空退火溫度不斷升高的過程中，鋯合金組件的兩項強度均存在下降趨勢，而斷面的伸長率方面，則卻呈現較為明顯的上升趨勢。具體內容如下表所示：

不僅如此，加工工藝對鋯合金微觀結構及力學性能分析的過程中，還需要對其顯微組織在結構變化中的內容進行深入分析和探討。簡言之，在鋯合金組件力學性能變化的研究中發現，在480攝氏度的退火溫度下，鋯合金不能完成再結晶，其結構組織也仍處于晶粒拉長且破碎的狀態中。盡管鋯合金機構組織中仍存在者晶格畸變的情況，且組織中的錯位和缺陷逐漸減少^[2]。盡管如此，金屬在進一步滑移的過程中，仍存在較大的阻力，且可塑性程度不高，由此可見，鋯合金組件在溫度不斷變化的過程中，其自身的力學性能會出現相應的變化。

與此同時，本研究也對顯微組織的影響結果進行了進一步的分析。根據實驗結果顯示，在隨著溫度不斷變化升高的過程中，結晶的情況開術出現，且軋制態組織出現明顯的消失現象。在退火溫度大于510攝氏度的分解點，其鋯合金組件結構中的屈服強度和抗拉強度都出現了明顯下降的趨勢。由此可見，在對結構中顯微組織的觀察中發現，鋯合金結構在溫度不斷升高的過程中，其變形金屬中的存儲能力也出現了降低現象^[3]。這也是影響鋯合金組件在核反應堆中的重要影響因素之一。

3.2變形方式及退火對結構的影響

通過上述實驗研究內容及結果發現，在鋯合金組件不斷變形的過分中，鋯合金管材在溫度實驗溫度的不斷升高，其組織結構不僅會在退火過程中出現結晶的狀態，并會在溫度不斷勝過的過程中，屈服強度和抗拉強度也會呈現變化。不僅如此，在對軋制變形前和變形后進行切向角度分析的過程中發現，多數晶體會在于基軸形成一定的切角，切向中的氫氧化物則會與基極之間形成結構對應。

不僅如此，在對鋯合金組件管材進行軋制變形的過程中，鋯合金管材也會隨著退火的過程和時間的推移，出現較為明顯的變形，并有向基軸逐漸靠攏的趨勢。

4.研究結果

首先較大變量的鋯合金在510℃/3.5小時就已經發生了再結晶現象，抗拉強度和屈服強度都會有很明顯的下降，塑性上升還是比較明顯的。其次當退火溫度大于510℃，隨著退火溫度的不斷升高，鋯合金的抗拉強度和屈服強度會略有下降，下降趨勢比較平緩，塑性上升也是比較平緩。最后為了得到合理的組織構造，鋯合金在加工過程中Q值應大于遠1.2，理想的Q值應為1.8或更大。

5.結語

綜上所述，鋯合金組件管材作為核反應堆結構材料中的重要組成部分，不僅關乎著鋯合金自身在未來行業中的發展，更多我國核事業的進一步提升有著不可忽視的重要作用。而通過對核用鋯合金在加工工藝中微觀結構及力學性能的進一步實驗研究和分析發現，在不同的高溫中對鋯合金組件管材進行退火，其組件結構和力學性能會出現不同的強度變化，進一步影響著鋯合金組件的應用。由此可見，在未來行業的發展中，需要行業相關人員進行深入的研究和分析。

參考文獻

[1]? 劉建章.我國鋯及鋯合金材料及其加工的進展[R].中國有色金屬學會第三屆學術會議論文集，2007：291-296.

[2]? 俞漢青，陳金德.金屬塑性成型原理[M].北京：機械工業出版社，2001.

[3]? 彭 倩，沈保羅.鋯及鋯合金的組構及其對性能的影響[J].稀有金屬，2005（6）：903-907

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。