锆材的材料特性及焊接工艺性能.docx

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1、1、活性金属和难溶金属活性金属是在高温下对氧和其他间隙元素有很高亲和力的金属如错、错；难溶金属是与铭相同或超过铭的熔点的金属如银、笆、鸨、钥、铭、钢、铢等。2、倍的基本概念及简介错来自于阿拉伯语单词zargun,为金色，用来形容错宝石(ZrSiO4)在1789年由M.H.Klaproth(克拉普罗特)在德国发现错，1824年分离出非纯错，1916年李国钦博士创立华昌公司，在1924年制出具有延展性的错金属并于1947年以试验规模生产出工业用错，1949年采用镁热置还原法制备错金属，1956年建立错厂，六十年代早期，错和错开始用于防腐。1965年错合金用于核工业，1970年代第一次在醋酸生产中大

2、规模使用错。2.1、 倍的主要性质及用途倍(Zr)是第九种最普通元素，在地壳中含量丰富，占0.025%,其地质含量超过ZnPbNi,甚至超过CuSn,储量为铜储量的2.5倍。熔点1882,沸点为4377,密度为6.506gcm3(20C)o根据错的性能特点，错主要用于核反应堆、化工设备和作为合金成分三方面。错的热中子吸收截面低(0.18靶)，管热中子截面高(105靶)；错的原子序为4a,原子量91.224,如此，错被广泛的用于：(1)倍是一种热中质穿透材料；在中子辐射下，错的强度韧性不变，热中子的吸收截面小,是良好的反应堆结构材料；(2)优异的耐蚀材料错对很多腐蚀介质均有很强的抗力，优良的抗酸

3、、碱和液体金属腐蚀能力，使错成为当今热交换器、汽提塔、干燥塔、反应器阀门、管道系统和核应用的优先选择材料。(3)除氢除气材料，在低温条件下就开始吸氢。(4)作为钢、铝、镁、铜、铝、错、锯等的最好的合金元素；错作为合金添加剂主要用于铝镁合金用于控制晶粒尺寸和微观结构，用于钢中主要用来脱氧。2.2、 倍的分类错可分为：(1)核工业用错，限制饴含量小于万分之几，都需要热处理；(2)非核工业用错，铅含量可达4%左右；3、倍的基本属性错是一种活性金属，对杂质元素的存在十分敏感，微量的杂质就可能导致脆化。对环境气体中的氧、氮、氢等气体都有很强的亲和力。高温下，错容易很容易被气体污染发生氧化反应。在室温下就

4、能与空气里的氧气反应，形成一层氧化物保护膜。这层保护膜给了错及合金极强的防腐蚀能力。错及错合金在加热400温度以下时，能被空气中的氧、氢、氮等所污染，可分别产生脆性化合物，严重影响接头性能，对塑性的影响更为敏感。一般情况下，为保持错及合金等塑韧性，尽量限制错中的氧含量降到最低。空气中200开始生成ZrO3,在大约550以上，与空气中的氧反应生成多孔的脆性氧化膜,在700C以上，错能吸收氧而使材料严重脆化。在高温下错能与上述气体反应，氢在300开始吸氢，在4600C错能吸收氮。倍合金在低温下具有良好的延展性，较高的强度，氧元素具有间隙强化作用，并且在低温下错合金没有低温脆化转变。4、倍材的性能的

5、化学成分及物理性能4.1、 倍材的化学成分错材的化学成分和室温力学性能如表1错及合金的弹性模量随着温度升高而迅速减小，比重比钢的小。表中显示室温温度下纵向和横向性能的平均数值，屈服强度和延伸率是用0.2%永久变形测定的，具有弹塑性变形。并且某些性能受有向性的影响。这些性能包括热膨胀、屈服强度、极限抗拉强度、延伸率、缺口韧性和弯曲塑性都随方向不同而有不同程度的变化。延展性随温度提高而有明显增加。表1化学成分及室温力学性能牌号”UNS.No.Min,Max(VT%)pRpO.2Mpamin.*3RmzMPamin?A50-%,Mil1.aZl4a,Fe+CvSlKH。N。GNKOaZr700R60

6、70099.5.4.5。0.2“0.005.0.0250.05.10.10305。379.2(Zr702R60702o99公45。0.2(k-POoo5。0.025。Og0.16.207。379oZr704R6O7O4.97.5.4.520.2-0.4-12,0.0050.025OOSP0.18.14Zr7O5aR6O7O5p95.5.30.22TOOO5。0.025pOOS2.0-36018.76.64-4.537.8&，燧点1852.21840.61668.015366沸点C4377.24380.0.P热膨胀系数25xC(mmK)5.89X10%6.310A8.41X10A，11.7106

7、热导率Wm-k(cal/Cnl/*Csec)3OO-8OC”22.0(0.053%17.P11.3(O927A52.0(0.18*比热KJKgK(CaVg(0400，0.2847(0.0670.2805。0.522(0.124(0.11*蒸汽三mmHg(20003600,C)p0.01/900.0P.电阻Qcm52X48(39.755.25069.7“电阻温度系数2Mwcm0.0044.P2P熔化港热Ca1.gHK60.4PC9蒸发潜热Calgm155OaP2弹性模量(PSi)GPa(Kg/cm2)XlM14.4(i.oy14.0(0.98A(1.O5(2.052剪切模量(PSi)GPaa5.

8、25XKH/3665.010/34.52P泊松比(室混)。03加0.3”7P相变温度匕，86568549。8829QF弹性模量低既焊接应力小；熔点高需要更高的焊接热输入，线膨胀系数小焊接变形小，热导率高焊件散热好，比热容低意味着焊件吸收热量小，表面张力大表明错适于全位置焊接。5、倍材的力学性能及许用应力值5.1、 倍材的常温力学性能错具有较好的常温力学性能。一般错作为压力容器用材料，其延伸率不得小于16%,一般容器用材料的延伸率最小不能小于14%,一般要求延伸率大于等于20%以上比较好，一般金属材料的弯曲试验时的弯轴直径为43倍的标准定为IOt,错材的常温力学性能见表K5.2、 倍材的高温低温

9、性能D蠕变强度：在应力下，时间与应变依赖关系的蠕变，一般用恒定负载下给定时间的塑性变形的百分数表示，2）应力破断在恒温恒负载条件下测定金属寿命的方法，一般用于短时间内产生破损的承载合金。3）低温性能，错无低温延性向脆性的转变错合金即使在低温下也有良好的延展性，以及与其他工程相反的强度。氧元素除了是氧化膜不可缺少的组成成分之外，还是错合金填补结构空隙，增加其强度的合金元素。错合金在低温下没有从可塑到脆化的倾向。4）错和错合金中的疲劳，疲劳极限常温下，错合金在轧制方向上的横向上，具有较高的极限抗拉强度，这是由于密排六方晶体结构的的错和体心立方晶体结构的a相铁在定位方向上性能不同造成的。这个横向强度

10、的增加在应力高于疲劳极限时更明显。错材的高温力学性能见表3:表3机械性能（冷加工后退火）项目R60700R60702Zr705RmMPaURpO.2MPaQA5%/RmMpaRpO.2MPaQA5*,RmMPaCRpO.勿Mpa/AW%“Mind37%30523373207“16,55373室温Qrd468.U321.h28.9+6156506.P18.8“93匕、PQ3640,267.5,31.5.214903303.72195842.5,388.92723-31.7p204C3O2296139349.0.Q260G33200.加128.W49。3264195&286316。3PO197.9

11、.972,40.1-3Q37PP156.5282644.k-P比储番曾霹5.3、 倍及合金不直接加热容器用错的力学性能错及合金不直接加热容器用错的力学性能要求如下表4；表4非直接加热压力容器用错材的ASTM力学性能材料形式和规范号一级别Q状态PRmksRPo.2，kps不超过下述温度的最大许用应力值F100.0200.0。300640(k5006o700P扁平扎制品R60702-P52630.3136IIa987.0p6.”664&SB551”R60705PBOa55.(k20.0166142P12.5,11.%10.4p9.%无缝管R60702*252。30。13.(k9G9一37.0p6.

12、1p6.0p4&SB523R60705P80.255。20616.614.212.511.3p10.4p9.9“焊管，R60702P52.金30.(kI1.Ir9.“7.9p6.0。5.25.W4.145SB523CR60705Q80655G17.(k14.P12.0p10.6Q968.5。7G锻件”R60702-P52630.0P13.0Ila9.3-7.0“6.P664&SB493R60705P80655d20.016G14%12.511.310.4p9.%棒材一R60702P52630。13.(k9.4p9.3p766学院举4.8fSB550QR60705P80.255.(k20.(k16.6p14112.51110.4p*三Z三9一处6、倍的金属学室温下，错是密排六方晶格金属，为(X错。有良好的综合性能。加热和冷却过程中有相变，Zr702在相变温度(865)和Zr705在相变温度(865)以上，错是体心立方晶格金属，为错。少量杂质，特别是氧，影响错的转变温度，错的转变温度取决于从到的冷却，形成魏氏组织。相组织一般很难在室温下保持，典型的加工和退火错具有均匀的等轴晶粒组织。如果信中加入锡，能提高转变温度，铁、锲、倍可降低转变温度。6.