文档介绍：合金成分及加工工艺对锆合金微观组织
与织构影响的研究

重庆大学硕士学位论文

学生姓名:刘二伟
指导教师:张喜燕教授
专业:材料科学与工程
学科门类:工学

重庆大学材料科学与工程学院
二 O 一一年五月
Study on position and Mechanical
Processing Influence on Microstructure and
Texture in Zirconium Alloys

A Thesis Submitted to Chongqing University
in Partial Fulfillment of the Requirement for the
Degree of Master of Engineering
By
Liu Erwei

Supervised by prof. Zhang Xiyan
Major:Material Science and Engineering

College of Material Science and Engineering of
Chongqing University , Chongqing, China
May,2011
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中文摘要

摘要

锆合金因为具有良好的抗高温水及过热蒸汽的腐蚀性能、良好的力学强度和塑
性以及较低的热中子吸收截面,在反应堆内得以广泛应用。而锆合金中的组织尤其
是第二相粒子的种类、尺寸及分布对锆合金的抗腐蚀性能及机械性能有很大的影响,
除此之外锆合金在加工过程中容易形成织构;而织构不仅影响锆合金中的氢化物取
向和机械性能,还与辐照生长、应力腐蚀开裂、水侧腐蚀性能有关。而合金成分及
热加工工艺对锆合金中的组织及织构有很大影响,掌握锆合金中组织及织构随成分
及加工工艺的演变的规律成为我们优化锆合金性能的必要手段。本文通过背散射电
子通道衬度相、背散射电子衍射、X 射线衍射及透射电镜等多种分析手段对锆-铌及
锆-锡-铌两个成分系列锆合金的组织及织构进行分析,并系统跟踪了锆合金各加工
工序的组织及织构的演变,讨论了合金成分及加工工艺对锆合金组织、织构演变
的影响。
对锆-铌及锆-锡-铌两个成分系列锆合金组织及织构进行分析,研究结果表明:
(1)合金成分不同的锆合金退火后均得到了细小再结晶组织,大多数晶粒尺寸在
3~5um;锆合金退火态板材为较强的倾斜基面织构,多数晶粒<-12-10>∥RD 方向,
说明成分的改变对锆合金的组织及织构影响不大。(2)合金成分对锆合金中第二相
影响较大,Zr-Sn-Nb 合金中第二相均匀弥散分布,尺寸为 50~100nm,透射电镜衍
射花样标定结果显示,合金中存在的第二相一种为六方结构的 Zr(NbFeCr)2 相,还
有一种为面心立方(ZrNbCr)2Fe 相;在添加铜元素的 Zr-Nb 合金中存在两种类型的
第二相:第一种第二相尺寸在 50~150nm 之间,呈椭圆状,并且在晶粒内弥散分布,
透射电镜衍射花样标定结果表明,这种第二相为体心立方(BCC)结构的β-Nb 相,
另外一种第二相尺寸较粗大,约在 200~500nm 之间,为棒状或多边形,多数沿晶
界析出,透射电镜衍射花样标定结果为含 Fe 和 Nb 的四方结构的 Zr2Cu 相。
通过对 T6 合金板材各个加工阶段的微观组织及织构进行分析可以得出以下
结论:(1)T6 合金固溶淬火后的得到了板条马氏体组织,在随后的热轧过程中,由
于变形量较大,组织中原始晶粒沿轧制方向被拉长,并有一些等轴状再结晶晶粒,
经过随后的两次轧制-退火处理,最终得到均匀的再结晶组织,晶粒尺寸为 3~5um。
(2)经热轧后,锆合金板材从最初的随机织构演变为较强的基面织构,并向 TD
方向偏转一定角度,在随后的加工过程中始终保持了这种织构类型,只是轧制态
的取向因子比退火态的取向因子高,在轧制样品中{0001}<10-10>织构类型占主导,
而在退火样品中{0001}<11-20>类型织构占主导。(3)淬火后合金元素完全固溶在
基体中,热轧时原来固溶在基体中的合金元素以第二相形式析出,并且局部沿轧
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制方向呈带状分布,热轧退火后第二相颗粒明显长大,之前的带状组织也随之消
失,随后的退火样品中的第二相比轧制态中第二相分布更为均匀。

关键词:锆合金,第二相,织构,轧制