Zr-Sn-Nb合金管材加工工艺对组织和力学性能的影响

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锆合金管材一般采用多道次的两辊周期冷轧、热处理及相应的精整处理加工而成,冷轧变形机制一直都是研究的焦点之一,大量的研究表明织构与管材形变存在十分重要关联,尤其是最终道次冷加工变形量,同时结合后续的热处理制度,共同影响了锆合金管材的组织状态、力学性能、腐蚀性能及氢化物取向。因此,开展锆合金管材冷加工变形量及热处理制度的研究工作,拥有十分重要的意义。本文以Zr-Sn-Nb合金管材作为材料,使用了70%+80%、80%+75%及80%+85%三种两道次冷加工变形量组合,及480℃~630℃六个成品热处理温度的工艺,并采用光学显微镜(OM),电子背散射衍射(EBSD)及室、高温(315℃)拉伸等检测手段,初步探索了三种变形量组合及不同热处理温度对Zr-Sn-Nb合金管材的金相组织、织构及力学性能的影响规律。研究的主要结论如下:(1)在同一变形量条件下,热处理温度在480℃~540℃之间,随着温度升高,室温拉伸、高温拉伸屈服强度及抗拉强度明显降低,屈服强度分别下降150MPa左右及220MPa左右,抗拉强度下降330MPa左右及240MPa左右;延伸率则显著升高,分别提升了约15%及25%。(2)在同一热处理温度条件下,变形量70%+80%、80%+75%、80%+85%的室温拉伸及高温拉伸屈服强度、抗拉强度基本相当;但在480℃~510℃热处理时,随着最终道次变形量75%、80%、85%的增加,室温拉伸延伸率成递增的趋势;同时在510℃热处理时,高温拉伸屈服强度及抗拉强度随最终道次变形量75%、80%、85%增加而递减。(3)同一加工变形量及热处理温度条件下,高温拉伸(315℃)比室温拉伸屈服强度、抗拉强度分别低160MPa左右及240MPa左右,表明Zr-Sn-Nb合金拉伸性能存在一定的温度效应。(4)随着最终道次变形量75%、80%、85%增加,相对细小晶粒(1~2μm)所占比例逐渐增加,510℃热处理时分别为21.1%、30.5%、48.7%;同时随着热处理温度逐渐升高,变形量70%+80%、80%+75%、80%+85%的的管材组织均发生回复及再结晶,相对较大晶粒(5μm以上)所占比例逐渐增加,分别由5.6%增至10.7%,6.5%增至16%,2%增至6.9%。(5)70%+80%、80%+75%、80%+85%不同变形量加工后的织构类型相同,均属于(0001)基面织构,(0001)晶面主要分布在轧面上,(10-10)晶面主要分布在轴面。而随着最终道次变形量增大,可增强管材轧面(Fz)的(0001)织构因子,减弱轧向(Fx)的(0001)织构因子,而基面织构类型未发生明显变化。随着热处理温度升高轧向(Fx)的(0001)织构因子减小,轧面(Fz)的(0001)织构因子增大。
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