一种ZA4合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种ZA4合金及其制备方法和应用，涉及纯锆材料技术领域。以质量分数计，本发明专利技术提供的ZA4合金包括：Fe0.2～0.6％，O0.1～0.3％，Hf0.5～4％和余量的Zr。本发明专利技术添加微量的Fe和O元素，使得ZA4合金的晶粒尺寸在熔炼冷却过程中明显细化并且抑制α晶粒在热变形热、处理过程中的长大，Hf属于中性元素，在α相中固溶强化作用明显，本发明专利技术严格控制各元素的含量得到的ZA4合金强度和塑性较高。本发明专利技术操作简单，生产成本低，适用于工业化生产。适用于工业化生产。适用于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种ZA4合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及纯锆材料
，尤其涉及一种ZA4合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锆因其具有较低的热中子吸收截面积、在高温高压水蒸气中具有优异的抗腐蚀能力、良好的抗中子辐照性能而作为包壳材料和结构材料广泛应用于核工业中。与此同时，锆及其合金还因在大多数酸、碱和熔融盐中具有优异的耐腐蚀性能应用于化工行业中。相比于钛，锆的耐蚀性或者生物相容性更加优异。目前锆最多应用是作为合金元素加入到钛合金中来改善钛合金的耐蚀性以及生物相容性。因此锆基合作为生物医用材料具有广阔的应用前景。
[0003]但是，目前锆合金的应用依然存在着诸多问题，如强度较低、塑性较差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种ZA4合金及其制备方法和应用，本专利技术提供的ZA4合金具有较高的强度和塑性。
[0005]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：
[0006]本专利技术提供了一种ZA4合金，其特征在于，以质量分数计，包括：Fe0.2～0.6％，O 0.1～0.3％，Hf0.5～4％和余量的Zr。
[0007]优选的，所述ZA4合金的屈服强度为480～750MPa，抗拉强度为600～850MPa，延伸率为12～40％。
[0008]本专利技术提供了上述方案所述ZA4合金的制备方法，包括以下步骤：
[0009]对应ZA4合金中各元素的组成，将海绵锆与氧化铁的混合料进行真空熔炼，得到ZA4合金铸锭；<br/>[0010]将所述ZA4合金铸锭进行开坯锻造，得到锻坯；
[0011]将所述锻坯进行多道次热轧制，得到第一棒材；
[0012]将所述第一棒材进行拉拔，得到所述ZA4合金。
[0013]优选的，最后一次拉拔后还包括对所得棒材进行退火热处理，所述退火热处理的温度为450～750℃。
[0014]优选的，最后一次拉拔后或者退火热处理后，还包括将所得棒材进行室温旋锻；所述室温旋锻的变形量为10～50％。
[0015]优选的，每次热轧制前将所述锻坯加热至800～950℃保温0.5～2h。
[0016]优选的，每道次热轧制的变形量独立地为10～30％，总的变形量为70％以上。
[0017]优选的，所述拉拔为多道次拉拔，每次拉拔的温度独立地为450～750℃，每次拉拔的变形量独立地为10～30％。
[0018]优选的，所述开坯锻造前将所述ZA4合金铸锭加热至950～1150℃保温0.5～2h
[0019]本专利技术提供了上述方案所述ZA4合金或上述方案所述制备方法制备得到的ZA4合
金在制备牙科植入体中的应用。
[0020]本专利技术提供了一种ZA4合金，以质量分数计，包括：Fe 0.2～0.6％，O0.1～0.3％，Hf0.5～4％和余量的Zr。
[0021]本专利技术添加微量的Fe和O元素，使得ZA4合金的晶粒尺寸在熔炼冷却过程中明显细化并且抑制α晶粒在热变形热、处理过程中的长大，Hf属于中性元素，在α相中固溶强化作用明显，本专利技术严格控制各元素的含量得到的ZA4合金强度和塑性较高。
[0022]本专利技术提供了上述方案所述ZA4合金的制备方法，经过锻造和拉拔后，ZA4合金为单一的等轴状的α相，同时其晶粒尺寸控制在5～8级，同时锻造过程还能减少铸态组织的缺陷，得到具有一定强度且具有超高塑性的ZA4合金。
[0023]实施例结果表明，本专利技术制备的ZA4合金的屈服强度为480～750MPa，抗拉强度为600～850MPa，延伸率为12～40％。与相似的合金(702)相比，极大的改善了合金的抗拉强度和塑性。
[0024]本专利技术是通过调控添加微量合金元素Fe和O来细化晶粒，与大量添加固溶元素的方法相比可大大的降低退火热处理及热变形温度(热轧温度和拉拔温度)，能够有效的防止合金在变形过程中产生的应力开裂。
[0025]在本专利技术中，ZA4合金中Fe和O的含量较少，且Fe和O是以氧化铁的形式添加，能够降低原料成本；此外，Hf元素是采用海绵锆熔炼时附带的，本专利技术采用锆铪不分离的海绵锆，能够显著降低原材料成本。
[0026]本专利技术操作简单，生产成本低，适用于工业化生产。
附图说明
[0027]图1为本专利技术拉伸试样的示意图。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供了一种ZA4合金，以质量分数计，包括：Fe 0.2～0.6％，O0.1～0.3％，Hf0.5～4％和余量的Zr。
[0029]以质量分数计，本专利技术提供的ZA4合金包括Fe 0.2～0.6％，优选为0.3～0.5％，更优选为0.35～0.45％。
[0030]以质量分数计，本专利技术提供的ZA4合金包括O 0.1～0.3％，优选为0.15～0.25％。本专利技术添加微量的Fe和O元素，使得ZA4合金的晶粒尺寸在熔炼冷却过程中明显细化并且抑制α晶粒在热变形热、处理过程中的长大。
[0031]以质量分数计，本专利技术提供的ZA4合金包括Hf0.5～4％，优选为1～3.5％，更优选为1.5～3％，进一步优选为2～2.5％。Hf属于中性元素，在α相中固溶强化作用明显。
[0032]本专利技术提供的ZA4合金包括余量的Zr。
[0033]本专利技术提供了上述方案所述ZA4合金的制备方法，包括以下步骤：
[0034]对应ZA4合金中各元素的组成，将海绵锆与氧拉伸试样化铁的混合料进行真空熔炼，得到ZA4合金铸锭；
[0035]将所述ZA4合金铸锭进行开坯锻造，得到锻坯；
[0036]将所述锻坯进行多道次热轧制，得到第一棒材；
[0037]将所述第一棒材进行拉拔，得到所述ZA4合金。
[0038]本专利技术对应ZA4合金中各元素的组成，将海绵锆与氧化铁的混合料进行真空熔炼，得到ZA4合金铸锭。
[0039]在本专利技术中，所述海绵锆与氧化铁的混合料优选由海绵锆和氧化铁在振动搅拌器中混合得到。在本专利技术中，所述海绵锆优选为工业级海绵锆，其附带Hf元素，大大降低了原材料成本。本专利技术ZA4合金中Fe和O的含量较少，且Fe和O是以氧化铁的形式添加，能够进一步降低原料成本。
[0040]本专利技术优选将海绵锆与氧化铁的混合料放置在真空悬浮熔炼炉中的水冷铜坩埚内进行所述真空熔炼。在本专利技术中，所述真空熔炼的温度优选为2000～2200℃，真空度优选为5
×
10
‑3Pa以下。在本专利技术中，所述真空熔炼的次数优选为3～6次，每次熔炼的时间优选为30～50min。本专利技术进行多次真空熔炼，有利于得到成分均匀的ZA4合金铸锭。
[0041]得到ZA4合金铸锭后，本专利技术将所述ZA4合金铸锭进行开坯锻造，得到锻坯。
[0042]所述开坯锻造前，本专利技术优选将所述ZA4合金铸锭进行表面抛光，在抛光后的铸锭表面涂覆高温抗氧化剂，然后将涂覆高温抗氧化剂的铸锭加热至950～1150℃保温0.5～2h。作为进一步优选的方案，所述加热的温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种ZA4合金，其特征在于，以质量分数计，包括：Fe0.2～0.6％，O0.1～0.3％，Hf0.5～4％和余量的Zr。2.根据权利要求1所述的ZA4合金，其特征在于，所述ZA4合金的屈服强度为480～750MPa，抗拉强度为600～850MPa，延伸率为12～40％。3.权利要求1或2所述ZA4合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：对应ZA4合金中各元素的组成，将海绵锆与氧化铁的混合料进行真空熔炼，得到ZA4合金铸锭；将所述ZA4合金铸锭进行开坯锻造，得到锻坯；将所述锻坯进行多道次热轧制，得到第一棒材；将所述第一棒材进行拉拔，得到所述ZA4合金。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，最后一次拉拔后还包括对所得棒材进行退火热处理，所述退火热处理的温度为450～750℃。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宇星，刘云，刘日平，李波，
申请(专利权)人：迈特斯迪材料科技秦皇岛有限公司，
类型：发明
国别省市：