R60705锆合金泵轴失效分析

某单级离心泵泵轴在运行了16个月后发生断裂,泵轴材质为R60705锆合金,采用化学分析、力学性能检测、金相分析、断口形貌分析等手段对泵轴断裂失效原因进行分析。结果表明,R60705锆合金泵轴的断裂属于疲劳断裂,键槽处的机加工缺陷和热处理工艺不当是引发疲劳断裂的直接原因,热处理工艺不当也促发了疲劳断裂的产生。

铌元素加入方式对R60705铸锭生产工艺的影响

通过试验,对比Nb元素以ZrNb22、铌屑、铌粉三种加入方式及布料方式对R60705铸锭熔炼的影响。结果表明:铌元素以ZrNb22中间合金混料的形式加入时,ZrNb22中间合金密度与锆相近,易于熔化,但在实际生产中该合金压制的电极块致密度差且疏松,不利于电极的焊接,易造成熔炼中断;当铌元素以铌屑混料的形式加入时,电极块相对致密,其破碎过程相对繁琐,不利于生产;铌粉以混料的形式加入时,熔炼过程中容易形成冶金缺陷,将铌粉以合金包的形式放置电极块中可以有效地解决铌粉直接落入熔池形成冶金缺陷的风险。

锆合金R60705的表面渗氮处理

对锆合金R60705进行了600/900℃×6 h表面渗氮处理,并运用硬度测试、显微组织观察、XRD分析、阳极极化曲线和耐磨性试验对渗氮层性能进行了研究。结果表明,渗氮处理后,R60705合金渗氮层表面硬度最高达742 HV0.1,耐腐蚀性及耐磨性提高;900℃渗氮处理后,渗氮层各项性能均优于600℃渗氮试样。

R60705锆合金的表面氧化改性

对锆合金R60705在480、550、650、750℃加热保温4 h进行了表面氧化处理,运用硬度测试、显微组织观察、XRD分析、阳极极化曲线的测试和均匀性腐蚀试验等方法对氧化层性能进行了研究。结果表明,R60705合金氧化层表面硬度明显高于基体硬度,最高达600 HV0.05。在650、750℃处理的氧化层的主要由单斜氧化锆ZrO2构成,对基体不具保护作用。过高处理温度会降低R60705合金的腐蚀电位、降低耐腐蚀性能。在550℃以下氧化4 h形成多种结构混合的ZrO2,可以紧密覆盖基体形成保护,其氧化层各项性能均优于在650、750℃处理的氧化层。

R60705锆合金的热处理工艺及性能

通过力学性能测试和显微组织分析研究了R60705锆合金的热处理工艺与组织性能之间的关系。结果表明,R60705锆合金经870℃加热水冷淬火加550℃时效的热处理后具有较高的综合力学性能。组织中α相呈短条状分布,基体组织较细密。经该工艺处理后的综合力学性能满足了设备主轴的服役要求。