高强韧耐蚀Zr-Ti-V合金的制备与组织性能研究

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锆(Zr)及锆合金具有良好的耐腐蚀性、良好的机械加工性能、密度小、优异的抗中子辐照性能等优点,基于这些优异的性能,锆及锆合金主要应用于核工业、化工行业等领域。近年来,由于其特殊的物理性能,其在航空航天领域的应用受到了越来越多的关注。目前商用的Zr合金种类较少,关于合金力学性能以及腐蚀性能的研究还不充分。本文以Zr50-Ti50合金为基体添加钒(V)元素作为合金化元素,制备了一系列Zr-Ti-V合金,结合合金组织与性能优选出最优成分Zr-Ti-8V合金,后续在最优成分的基础上研究了轧制温度和退火温度对Zr-Ti-8V合金组织与性能的影响。对Zr-Ti-V合金的组分进行研究,研究发现,合金的相组成对V含量敏感,不含V的Zr50-Ti50合金由单一α相组成,添加V元素后,V含量的增加会引起合金的相组成由α相向β相过度,当V含量≥8 at.%时,合金基体为单一的β相。无论是原始的β晶粒还是基体内针状的α都有减小的趋势。当V含量在6-10 at.%时,合金表现出较好的塑性,部分合金压缩变形量超过30%。V元素的添加会降低合金的耐蚀性,但对合金耐性进行评估,所有含V合金在3.5%Na Cl溶液中具有良好的耐蚀性;Zr-Ti-8V合金在500-650℃轧制试样由β相组成,所有轧制试样原始等轴的β晶粒均沿轧制方向拉伸变形,500-600℃轧制合金晶粒内部出现了大量沿轧制方向的变形纤维组织,其中在650℃轧制在原始β晶界附近出现了大量小尺寸的回复再结晶晶粒。轧制温度对合金的强度影响不明显,其中在550℃轧制合金表现出最高的极限抗拉强度(844 MPa),在600℃轧制合金表现最优的断后延伸率。轧制温度对合金的耐蚀性能的影响不明显,其中在550℃轧制条件下合金表现出较好的耐蚀性,但相较于铸态的ZT8V合金,合金的耐蚀性能有所下降;铸态Zr-Ti-8V合金经550℃热轧后,对其进行了不同温度的退火处理,结果表明合金的相组成对退火温度敏感,在450℃退火α相的含量要高于在400℃退火α相含量。600℃到800℃退火合金中原沿轧制方向被拉伸的β晶粒发生了再结晶,组织为等轴的β晶粒。在450℃退火合金表现出较好的强塑比,其抗拉强度最高可达1040 MPa。对合金的腐蚀性能分析表明,单一β相合金表现出较好的耐蚀性,其中在700℃退火合金表现出最佳的耐蚀性。
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