一种金属间化合物强韧化异质结构锆合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种金属间化合物强韧化异质结构锆合金的制备方法，属于合金材料技术领域。本发明专利技术将锆合金铸锭进行预处理，第一冷却后得到包含AlZr3相的锆合金锭；所述锆合金铸锭包括α

【技术实现步骤摘要】
一种金属间化合物强韧化异质结构锆合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及合金材料
，尤其涉及一种金属间化合物强韧化异质结构锆合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]通常来说，材料的拉伸性能表征着材料的强度和塑性的好坏，在这两种指标中，屈服强度通常代表着材料抵抗塑性变形的临界应力，需要位错不易开动；均匀塑性代表着材料抵抗裂纹扩展的能力，需要大量的位错开动。强度和塑性在绝大多数情况下存在着不可兼得的关系，因此，实现金属材料的综合力学性能的提升仍旧是长期以来的一项挑战，材料的性能需要向高性能和一体化发展，其中最主要的就是突破强度和塑性的倒置关系。
[0003]锆此前主要应用于核工业中，核能的开发和利用大大地促进了锆和锆合金冶金工业的发展。由于具有热中子吸收截面小、好的耐高温高压水腐蚀性能以及好的高温强度等特点，锆合金成为目前世界上运用在核反应堆中唯一的一种包壳材料。除了在核工业中的应用，锆合金还可以在化工领域、电镀工业领域和海水提铀等领域作为结构材料使用，具有广泛的应用前景。
[0004]传统设计锆合金时，通常采用固溶强化、细晶强化等原理，采用的热处理方式也较为单一，通常情况下，皆为将铸态锭子进行热变形，通常为热轧制，随后再进行退火等热处理，得到的合金板的力学性能很少突破强度和塑性倒置关系的制约。
[0005]专利技术专利CN102965605A公开了一种高强塑性纳米结构锆金属及其制备方法，其采用液氮低温轧制制备，获得的锆金属的抗拉强度高(≥836MPa)，均匀延伸率好(≥6％)。但该专利获得的锆金属的强度和塑性仍有待提高。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种金属间化合物强韧化异质结构锆合金及其制备方法，本专利技术制备的锆合金在保持较高强度的同时兼具优异的塑性。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种金属间化合物强韧化异质结构锆合金的制备方法，包括以下步骤：
[0009]将锆合金铸锭进行预处理，第一冷却后得到包含AlZr3相的锆合金锭；所述锆合金铸锭包括α
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Zr基体和金属间化合物AlZr2；所述预处理的温度为800～1000℃，保温时间为5～250min；
[0010]将所述包含AlZr3相的锆合金锭进行热轧制，第二冷却后得到金属间化合物强韧化异质结构锆合金；所述热轧制的温度为700～950℃。
[0011]优选的，所述预处理的保温时间为15～150min。
[0012]优选的，所述第一冷却的方式为水冷、空冷或炉冷。
[0013]优选的，所述第二冷却的方式为水冷或空冷。
[0014]优选的，所述预处理的方法为：先将预处理的设备升温至预处理的温度，然后再将锆合金铸锭放入预处理设备中，将预处理设备抽真空，进行预处理。
[0015]优选的，所述热轧制为多道次轧制，所述热轧制的总变形量为65～85％。
[0016]优选的，每道次的变形量为8～12％。
[0017]优选的，每道次轧制前，还包括对所述包含AlZr3相的锆合金锭进行保温处理，所述保温处理的温度与热轧制的温度相同。
[0018]本专利技术提供了上述方案所述制备方法制备得到的金属间化合物强韧化异质结构锆合金，包括粗大的基体相和细小均匀分布的金属间化合物相，所述基体相为α
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Zr相，所述金属间化合物相为AlZr3相。
[0019]优选的，还包括β
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Zr相。
[0020]本专利技术提供了一种金属间化合物强韧化异质结构锆合金的制备方法，包括以下步骤：将锆合金铸锭进行预处理，第一冷却后得到包含AlZr3相的锆合金锭；所述锆合金铸锭包括α
‑
Zr基体和金属间化合物AlZr2；所述预处理的温度为800～1000℃，保温时间为5～250min；将所述包含AlZr3相的锆合金锭进行热轧制，第二冷却后得到金属间化合物强韧化异质结构锆合金；所述热轧制的温度为700～950℃。
[0021]AlZr2相属于硬脆相，会大幅降低锆合金塑性，本专利技术将锆合金铸锭进行预处理，通过控制预处理的温度和时间，使得锆合金铸锭中的α
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Zr转变为高温的β
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Zr，AlZr2可以和高温的β
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Zr反应生成AlZr3，AlZr3滑移系较多，具有出色的协调变形的能力，有利于锆合金强度和塑性的提升；然后将包含AlZr3相的锆合金锭进行热轧制，通过热轧制消除铸锭中的缺陷，密实并均匀化合金组织，细化晶粒，改善显微组织，并且可以产生大量位错，通过位错强化进一步提高合金的强度，而均匀的组织，也会避免局部应力集中引起的裂纹扩展和开裂，在保持较高强度的同时保持优异的塑性。
[0022]本专利技术制备得到的金属间化合物强韧化异质结构锆合金，包括粗大的基体相和细小均匀分布的金属间化合物相，所述基体相为α
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Zr相，所述金属间化合物相为AlZr3相。AlZr3相相对于α
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Zr基体相较软，两者软硬程度不一，这样在变形过程中就会产生塑性变形不均匀性，通常来说，材料在拉伸过程中，先发生弹性变形，达到临界应力处也就是对应于屈服强度后，材料总体发生塑性变形。本专利技术的锆合金由于材料内部不同的相之间的软硬程度不一和塑性不均匀性，因此在未到达屈服点前，较软的金属间化合物AlZr3相就已经开始提前塑性变形，而此时较硬的α
‑
Zr基体相还处于弹性变形阶段，为了保持总体变形的均匀性，需要靠位错来调节，位错会在相对较软的相内部聚集，塞积的位错背靠较硬的基体相，对位错源产生反作用，这种反作用力对于锆合金的加工硬化能力和应变强化能力有很大的促进作用，从而可以使得锆合金的强度和塑性得到协同提升的效果。
[0023]此外，本专利技术的制备方法对于加工流程和工艺要求较低，不需要太多繁杂的设备和时间，具有良好的应用前景。
附图说明
[0024]图1为实施例1制备得到的金属间化合物强韧化异质结构锆合金的EBSD组织图；
[0025]图2为实施例2制备得到的金属间化合物强韧化异质结构锆合金的EBSD组织图；
[0026]图3为实施例3制备得到的金属间化合物强韧化异质结构锆合金的EBSD组织图；
[0027]图4为实施例4制备得到的金属间化合物强韧化异质结构锆合金的EBSD组织图；
[0028]图5为实施例5制备得到的金属间化合物强韧化异质结构锆合金的EBSD组织图；
[0029]图6为实施例6制备得到的金属间化合物强韧化异质结构锆合金的EBSD组织图；
[0030]图7为实施例1～6单轴拉伸的测试结果曲线图；
[0031]图8为对比例5制备的锆合金的XRD图。
具体实施方式
[0032]本专利技术提供了一种金属间化合物强韧化异质结构锆合金的制备方法，包括以下步骤：
[0033]将锆合金铸锭进行预处理，第一冷却后得到包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属间化合物强韧化异质结构锆合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将锆合金铸锭进行预处理，第一冷却后得到包含AlZr3相的锆合金锭；所述锆合金铸锭包括α
‑
Zr基体和金属间化合物AlZr2；所述预处理的温度为800～1000℃，保温时间为5～250min；将所述包含AlZr3相的锆合金锭进行热轧制，第二冷却后得到金属间化合物强韧化异质结构锆合金；所述热轧制的温度为700～950℃。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预处理的保温时间为15～150min。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一冷却的方式为水冷、空冷或炉冷。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二冷却的方式为水冷或空冷。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预处理的方法为：先将预处理的设备升温至...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘日平，陈博涵，姬朋飞，李波，马巍，马明臻，景勤，张新宇，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：