新型锆合金带材冲制性能及组织调控

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锆合金具有优异的核性能而被广泛应用于核燃料组件,而核燃料组件包括许多不同结构类型的特种格架,其由锆合金冲制而成的内、外条带组成。锆合金冲制过程面临的主要问题是提升带材的塑性变形能力,另外,堆内辐照生长环境引起格架条带伸长和弹簧应力松弛,导致定位格架对燃料棒的夹持力减少,需要减弱冲制前带材的各向异性,因此,调控冲制前带材的显微组织,降低带材各向异性系数,探明影响带材冲制的显微组织以便于生产调控,显得十分重要。为此,本文选择SZA-4新型锆合金为对象,采用仿真模拟和实际冲制试验相结合的方法,对影响SZA-4带材冲制的材料因素、工艺因素、显微组织等进行系统研究,期望为带材的生产及制造提供理论指导。本文首先利用仿真模拟对原带材的冲制性能进行了评价,探索影响带材冲制的关键材料因素,发现厚向异性系数对带材冲制安全余量的影响不大,但对其减薄率影响明显,厚向异性系数的平均取值((?))在4.55~7.15之间时,带材具有较好的成形效果;通过正交仿真试验优化带材冲制工艺,发现调整冲制工艺参数,可改善带材冲制成形质量,其中,模具间隙和摩擦系数对带材冲制成形影响明显,但工艺补充对材料冲制安全余量的影响并不大。其次,基于仿真模拟对冲制性能的评价结果,以及实际带材堆内辐照生长环境需要减弱各向异性,作为调控依据,开展热处理工艺对SZA-4新型锆合金带材力学性能及显微组织的影响研究,发现退火带材的r值减小,其变化与织构类型和极密度大小等因素存在一定的关联性;此外,退火带材的Δr值明显降低,显示材料各向异性程度减小。最后,对原带材及退火带材进行实际冲制实验验证,发现两种带材成形后的刚凸均未发生破裂,刚凸圆角处减薄大,与仿真模拟结果的变化规律一致;两种带材均具有一定的冲制成形能力,但退火带材的Δr值减小,带材的各向异性程度降低,刚凸厚度变化更均匀,这样通过退火对带材进行组织调控,带材冲制成形效果得到了提升。
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