铸态Zr-Co-(Al)合金的加工硬化行为和表面裂纹扩展

采用X射线衍射仪、光学显微镜、电子万能试验机和扫描电镜等研究了铸态Zr-Co-(Al)合金的微观组织、加工硬化行为和表面裂纹扩展。结果表明:Zr_(50)Co_(50)和Zr_(49)Co_(49)Al_(2)合金的组织均是由B2 Zr_(50)Co_(50)相组成,少量Al元素的添加并没有改变合金的相组成,说明少量Al原子固溶到基体Zr_(50)Co_(50)相的颗粒内。与Zr_(50)Co_(50)合金相比,Zr_(49)Co_(49)Al_(2)合金的塑性变形抗力小于Zr_(50)Co_(50)合金的塑性变形抗力,Zr_(49)Co_(49)Al_(2)合金的塑性变形能力较好,利于冷加工变形。在弹塑性区和塑性区,加工硬化倾向于晶粒和晶界之间的同步,导致Zr_(50)Co_(50)合金的Δn值较小;当晶粒和晶界的变形非同步发生时,将导致Zr_(49)Co_(49)Al_(2)合金的Δn值较大。当大晶粒作用在两个小晶粒时,位于两个小晶粒晶界处的应力集中引起晶界处裂纹萌生并扩展。

热处理温度对Zr_(48)Co_(52)合金微观组织和力学性能的影响

利用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜、万能试验机和扫描电镜(SEM)等仪器研究在不同热处理温度下的Zr_(48)Co_(52)合金的微观组织和力学性能。结果表明,合金在723 K和773 K温度下进行热处理后的相组成和铸态合金相组成相同,主要相仍为简单立方结构的B2相,在基体B2相上析出少量的B33相。另外,铸态合金和在热处理温度为723 K和773 K时,合金的微观组织形貌呈现"麦穗"状、长条状和颗粒状等轴晶,且等轴晶尺寸为2~4μm。在热处理温度为773 K,合金的最大抗压强度为848 MPa,而断裂强度为825 MPa,维氏硬度为396 HV。在对断口进行分析,发现以铸态合金延性断裂为主的断裂机制转变为在723 K和773 K下进行热处理的以沿晶断裂和解理断裂为主,延性断裂为辅的断裂机制。

热处理温度对B2型Zr54Co46合金微观组织及力学性能的影响

利用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、万能试验机等研究了不同热处理温度下Zr54Co46合金的显微组织和力学性能。结果表明,对于热处理Zr54Co46试样,其相结构均由B2相和第二相Zr2Co组成;随着热处理温度的增加,Zr2Co相含量减少,且在723K和773K下热处理试样的Zr2Co相体积分数相差较小。在723K和773K下热处理试样虽然强度下降,但塑性形变增加;热处理Zr54Co46合金维氏硬度均小于铸态合金维氏硬度,且热处理合金具有较强加工硬化能力或塑性变形抗力。铸态试样的断裂机制主要为延性断裂并伴有沿晶断裂机制;而试样在723K和773K下进行热处理,试样断裂机制主要为延性断裂。

热处理温度对Zr_(44)Co_(56)合金显微组织和力学性能影响

利用X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜、万能试验机和扫描电镜(SEM)等仪器研究在不同热处理温度下Zr_(44)Co_(56)合金显微组织和力学性能。结果表明:在不同热处理温度下,试样显微组织由基体B2相和第二相B33相所组成;在热处理温度723、773和823 K下,B33相相对含量相对于铸态合金呈增加趋势;当热处理温度达到873 K时,少量的B33相在晶界处析出;随热处理温度增高,颗粒形状由铸态的小块状变为粗线条状,再到细条状。试样在723 K下热处理后,其屈服强度和线弹性极限值均大于铸态合金的相应值,而试样在773、823和873 K下热处理后,其屈服强度和线弹性极限值均小于铸态合金的相应值。试样在873 K下热处理后,当压缩应变达到18%时,其外表面无任何宏观裂缝,材料呈现加工硬化现象;而在其余温度下热处理后,材料断裂机制为延性断裂与解理断裂相混合的断裂机制。

热处理温度对B2型Zr56Co44合金显微组织及力学性能影响

利用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、透射电镜等研究了不同热处理温度对Zr56Co44合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:对于Zr56Co44合金的铸态试样和热处理试样,其相结构均由B2相和第二相Zr2Co相所组成;随着热处理温度增加,Zr2Co相含量减少,且在723 K和773 K下热处理试样的Zr2Co相体积分数相差较小。在723 K下热处理试样不仅具有最大抗压强度(1185 MPa),最大塑性应变(9.3%),最大维氏硬度(392 HV)还具有最大静载压缩韧度(110.2×106 J·m-3)。另外,在723 K下进行热处理试样的断裂机制主要为延性断裂为主准解理断裂为辅的断裂机制。

Zr_(42)Co_(58)合金的微观组织和力学性能

利用X射线衍射仪、金相显微镜、万能试验机和扫描电镜等仪器研究在不同热处理温度下的Zr_(42)Co_(58)合金的微观组织、力学性能和断裂机制。结果表明,在723 K和773 K热处理合金的相组成和铸态合金的相组成相同,基体为塑性相B2相,在基体上析出大量的B33相,且B33相相对含量随着热处理温度的增加而减少。铸态合金和热处理合金的组织形貌中,B33相的形状呈等轴状、条状和枝状,其中,等轴状颗粒和条状组织尺寸范围分别为5~15μm和20~100μm。在773 K进行热处理,合金屈服强度为1287 MPa,而断裂强度为1443 MPa,塑性应变为2.27%,维氏硬度为597 HV。再对断口进行分析,铸态合金和在723 K下热处理合金断裂机制均为延性断裂,而在773 K下热处理合金断裂机制为解理断裂。

Zr-Hf-Co合金储氢性能研究

研究了Hf部分替代Zr对Zr-Hf-Co合金储放氢性能的影响,结果表明:Zr-Hf-Co合金保持原始Zr-Co合金单一的立方相结构,且Hf含量变化对合金晶胞体积影响不大;随Hf替代量增加,Zr-Hf-Co合金的放氢平台压升高,100 kPa平衡放氢压力对应的放氢温度显著降低,由Zr-Co合金的673 K降低到Zr0.7Hf0.3Co合金的618 K;热力学计算结果得到Zr-Hf-Co合金的放氢反应焓变ΔH随Hf替代量增加而降低,表明Zr-Hf-Co合金氢化物的稳定性降低,有利于合金在较低温度下放氢;合金的最大吸氢量随Hf替代量增加而略有降低,但吸氢动力学性能变化不明显.

保温温度对Zr56Co28高强合金微观组织和力学性能的影响

利用XRD、SEM、拉伸力学试验等手段,研究了不同保温温度下Zr56Co28高强合金的微观组织和力学性能。结果表明:对Zr56Co28高强合金进行较低温度保温时,B33相颗粒发生长大,颗粒外形由分散的小块状与条形相连的小块共存;随保温温度增加,颗粒发生显著细化,B33相含量降低,Zr56Co28高强合金力学性能表现出先增大后降低的变化趋势,在保温温度850℃时力学性能达到最大值,此时合金的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为1012 MPa、1224 MPa和8.6%。Zr56Co28高强合金断口区域存在大量解理面,并且有众多的二次裂纹出现。随着保温温度升高,延性断裂区面积降低,断口部位主要表现为延性撕裂状态。