一种高强度锆合金及制备方法
【技术领域】 [0001] 本发明属于材料，特别设及一种高强度错基合金。
【背景技术】 [0002] 错在地壳中的存量非常丰富，按丰度，超过了儀，铜，锡，钻等，并且其价 格与金属铁的价格接近。金属错本身还具有低的热中子吸收截面积（只有1.8Xl(T 29m2,仅 次于被和儀），良好的抗福照性能，优异的耐腐蚀等特性。目前的错合金主要应用在核工业 中，而该领域主要侧重其良好的理化特性，对其力学性能要求不高。作为结构材料应用的错 合金，通常要求其应该具有更高的强度，来满足工程结构对材料力学性能的需要，W拓展其 应用范围。传统的错合金的室溫抗拉强度一般在300MPa~eOOMPa，不适合作为结构材料使 用。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种成本低、强度高和塑性好的能获得等轴状组 织的高强度错基合金及其制备方法。
[0004] 本发明的错基合金的化学成分原子百分比为:Al:6.0~12.0、Cr: 1.5~2.0，余量 为Zr和不可避免的杂质。
[0005] 上述错基合金的制备方法：
[0006] (1)铸锭:将上述错、侣和铭原材料清洗干净，放入真空非自耗电弧烙炼炉中，将炉 腔内的真空度抽到1 X ICT2Pa,充入高纯氣气作为保护气氛后开始常规烙炼，烙炼过程中，要 翻转铸锭六遍W确保获得的合金铸锭成分均匀；
[0007] (2)社制:对步骤(1)的合金铸锭进行社制，社制溫度为850~900°C，采用多道次变 形，每次压下量为2mm，合金的最终变形量达到60%，每道次变形之间，在原社制溫度下保溫 5分钟，最终社制厚度为5mm。最后一次变形后，将合金板放在马弗炉中，在原相应的社制溫 度下保溫1分钟，然后取出迅速浸入室溫水中，待冷却后取出，将合金板的表层氧化皮打磨 干净，制得高强度错基合金。
[000引利用线切割切出厚度为2mm的拉伸样，每个样品至少切出3个拉伸样，确保数据的 可重复性，采用室溫单轴拉伸实验进行测量，测试仪器型号为Instron5982的万能材料试验 机(生产商：英斯特朗，美国），全程用引伸计监测试样的拉伸位移，拉伸速率设定为5X1(T 3s^i。本发明错基合金的力学性能测试结果为：屈服强度:930~1270MPa，抗拉强度：1190~ 1430MPa，延伸率:6% ~13%。
[0009] 本发明于需要技术相比具有W下优点：
[0010] 1、本发明的错基合金成本低、强度高和塑性好。
[0011] 2、本发明的错合金通过社制变形不经后续热处理即可获得等轴晶组织，同时提高 错合金的强度和塑性，其抗拉强度在1190MPa~1430MPa，比传统错合金的室溫抗拉强度提 高了一倍多。
【附图说明】
[0012]图1是本发明实施例1制得的错基合金的扫描电镜图。
[OOK]图視本发明实施例2制得的错基合金的扫描电镜图。
[0014]图3是本发明实施例3制得的错基合金的扫描电镜图。
【具体实施方式】 [001引实施例1
[0016] 取工业级海绵错、纯侣、纯铭清洗干净后，按照合金成分化92.2Cri.8Al6(原子百分 比）配料，放入非自耗真空电弧烙炼炉中，将炉腔内的真空度抽到IX ICT2Pa,充入高纯氣气 作为保护气氛后开始烙炼，烙炼过程中，要翻转铸锭六遍W确保获得的合金铸锭成分均匀； 然后对合金铸锭进行社制，社制溫度为870°C，采用多道次变形，每次压下量为2mm，合金的 最终变形量达到60%，铸锭每道次变形之间在870°C保溫5分钟，最终厚度为5mm，最后一次 变形后，将合金板放在马弗炉中，在870°C继续保溫1分钟，然后取出，迅速浸入水中（室溫）， 待冷却后取出，对合金板的表层氧化皮打磨干净，制得高强度错基合金。
[0017] 如图1所示，制得的高强度错基合金得到的组织为双态组织，由板条和等轴晶组 成，合金中板条的存在致使合金此时的抗拉强度达到最大值。
[0018] 利用线切割切出厚度为2mm的拉伸样，并测其力学性能，测试结果如表1所示。
[0019] 实施例2
[0020] 取工业级海绵错、纯侣、纯铭清洗干净后，按照合金成分ZrssCnAM原子百分比） 配料，放入非自耗真空电弧烙炼炉中，将炉腔内的真空度抽到IX ICT2Pa,充入高纯氣气作为 保护气氛后开始烙炼，烙炼过程中，要翻转铸锭六遍W确保获得的合金铸锭成分均匀;然后 对合金铸锭进行社制，社制溫度为850°C，采用多道次变形，每次压下量为2mm，合金的最终 变形量达到60%，铸锭每道次变形之间在850°C保溫5分钟，最终厚度为5mm，最后一次变形 后，将合金板放入马弗炉中，在85(TC继续保溫1分钟，然后取出，迅速浸入水中（室溫），待冷 却后取出，对合金板的表层氧化皮打磨干净后，制得高强度错基合金。
[0021] 如图2所示，制得的高强度错基合金组织为等轴状组织，较实施例1的双态组织，合 金的延伸率提升了一倍。
[0022] 利用线切割切出厚度为2mm的拉伸样，并测其力学性能，测试结果如表1所示。
[0023] 实施例3
[0024] 取工业级海绵错、纯侣、纯铭清洗干净后按照合金成分Zr86.5Cri.5Ali2(原子百分 比）配料，放入非自耗真空电弧烙炼炉中，将炉腔内的真空度抽到IX ICT2Pa,充入高纯氣气 作为保护气氛后开始烙炼，烙炼过程中，要翻转铸锭六遍W确保获得的合金铸锭成分均匀； 然后对合金铸锭进行社制，社制溫度为900°C，采用多道次变形，每次压下量为2mm，合金的 最终变形量达到60%，铸锭每道次变形之间在900°C保溫5分钟，最终厚度为5mm，最后一次 变形后，将合金板放入马弗炉中，在900°C继续保溫1分钟，然后取出，迅速浸入水中（室溫）， 待冷却后取出，将合金板的表层氧化皮打磨干净，制得高强度错基合金。
[0025] 如图3所示，制得的高强度错基合金的组织为等轴组织，可W很大程度上提高合金 的延伸率。
[0026] 利用线切割切出厚度为2mm的拉伸样，并测其力学性能，测试结果如表1所示。
[0027] 表1:实施例1、2、3制得的错基合金的力学性能测试结果
【主权项】
1. 一种高强度锆基合金，其特征在于:它的化学成分原子百分比为:A1:6.0~12.0、Cr: 1.5~2.0,余量为Zr和不可避免的杂质。2. 权利要求1的高强度锆基合金的制备方法，其特征在于： (1) 铸锭:将上述锆、铝和铬原材料清洗干净，放入真空非自耗电弧熔炼炉中，将炉腔内 的真空度抽到1 X l〇_2Pa，充入高纯氩气作为保护气氛后开始常规熔炼，熔炼过程中，要翻转 铸锭六遍以确保获得的合金铸锭成分均匀； (2) 乳制:对步骤（1)的合金铸锭进行乳制，乳制温度为850~900°C，采用多道次变形， 每次压下量为2mm，合金的最终变形量达到60%，每道次变形之间，在原乳制温度下保温5分 钟，最终乳制厚度为5mm，最后一次变形后，将合金板放在马弗炉中，在原相应的乳制温度下 保温1分钟，然后取出迅速浸入室温水中，待冷却后取出，即可制得具有等轴状组织的高强 度锆基合金。
【专利摘要】一种高强度锆基合金，它的化学成分原子百分比为：Al：6.0～12.0、Cr：1.5～2.0，余量为Zr和不可避免的杂质；上述锆基合金的制备方法主要是将上述锆、铝和铬原材料清洗干净，放入真空非自耗电弧熔炼炉中进行常规熔炼，然后对合金铸锭进行轧制，轧制温度为850～900℃，采用多道次变形，每次压下量为2mm，合金的最终变形量达到60％，最终轧制厚度为5mm，最后将合金板放在马弗炉中保温1分钟后取出迅速浸入室温水中，待冷却后取出，将合金板的表层氧化皮打磨干净，制得高强度锆基合金。本发明的锆基合金成本低、强度高和塑性好，其抗拉强度在1190MPa～1430MPa，比传统锆合金的室温抗拉强度提高了一倍多。
【IPC分类】C22C16/00, C22C1/02, C22F1/18
【公开号】CN105603258
【申请号】CN201511000330
【发明人】刘日平, 张治国, 马明臻, 张新宇, 冯志浩, 夏超群, 张星, 刘曙光
【申请人】燕山大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年12月25日