一种定向ZrCr基合金及其制备方法

2023-11-28 08:49:59 技术专栏

　　一种定向zrcr基合金及其制备方法技术领域1.本发明属于全过程定向凝固技术领域，具体涉及一种定向zrcr基合金及其制备方法。背景技术：2.随着航天科技的发展和空间探测任务的不断推进，我国持续开展空间站建设、深空探测以及新型空间基础设施的建设等一系列航天活动。因此航天器面临着新任务、新轨道和新环境的考验，尤其是恶劣辐射环境对航天器结构及功能材料的考验。3.zr合金具有高硬度、高熔点、极低的热中子吸收面积，低的膨胀系数、良好的抗辐照性能以及优异的耐腐蚀性能等特性，在航空航天、核工业等领域具有广阔应用前景。cr元素作为典型的β相稳定元素，能够降低合金的β→α相转变的温度，有利于调控合金微观组织，同时cr的添加能使合金的耐腐蚀性能得到提高。此外，由zr-cr二元相图可知，合金相变过程中产生的zrcr2金属间化合物属于laves相中的一类。laves相具有高熔点、高强度、低密度、高化学稳定性、优异的高温抗氧化性能等优势，可作为增强相显著提高结构材料的高温力学性能。但laves相脆性大变形能力差，容易导致材料断裂强度和延伸率显著下降。技术实现要素：4.本发明的目的是提供一种定向zrcr基合金的制备方法。5.实现本发明目的的技术解决方案为：一种定向zrcr基合金，其表达式为zr85cr15（at.%）。6.上述定向zrcr基合金的制备方法，包括以下步骤：（1）根据目标zrcr合金成分称配原料；（2）经熔炼、浇铸得到zrcr合金棒；（3）氩气保护下，采用bridgman晶体生长装置对圆柱棒合金进行定向凝固，加热温度为1600~1900℃，保温时间为1~60min，抽拉速率为0.1~1000μm/s，得到zrcr基合金。7.较佳的，步骤（2）中，采用水冷铜坩埚悬浮熔炼炉或真空非自耗电弧熔炼炉反复熔炼至少5次原料，然后采用真空非自耗电弧熔炼炉浇铸得到直径为8~10mm的zrcr合金圆棒。8.较佳的，步骤（3）中，加热温度为1700~1800℃，保温时间为30~60min，抽拉速率为25~100μm/s。9.较佳的，步骤（3）中，定向凝固得到直径8~10mm，长度为6~8cm的zrcr基合金。10.本发明与现有技术相比，具有显著优点：（1）本发明制备的zrcr合金具有定向枝晶组织，控制α-zrcr2laves相以共析片层析出，改善了laves相的脆化行为，提升了zrcr合金的综合力学性能。11.（2）本发明是利用bridgman定向凝固装置独特的特点，一步制备出具有定向枝晶组织的zrcr合金，制备方法简单，工艺成本较低。相，更后在约836℃时发生β-zr (bcc)→α-zr (hcp)+ α-zrcr2的共析转变，从胞状β-zr中生成三次α-zrcr2与α-zr的片层状组织。具体组织如图4所示，这样就可得到具有定向枝晶组织的zrcr合金。从图5及图6中可得，具有定向枝晶组织的zrcr合金其抗压强度比铸态的zrcr合金提升34.4%，抗拉强度比铸态的zrcr合金提升7.7%，其延伸率比铸态的zrcr合金提升113%。29.实施例2采用成分为zr85cr15（at.%）的合金，其它步骤同实施例1，不同的是：定向凝固时，抽拉速率为25μm/s，依然可得到如实施例1所述的具有定向枝晶组织zrcr合金，其显微图如图7所示。从图5及图6中可得，具有定向枝晶组织的zrcr合金其抗压强度比铸态的zrcr合金提升21.4%，抗拉强度比铸态的zrcr合金提升8.7%，其延伸率比铸态的zrcr合金提升82.6%。30.实施例3采用成分为zr85cr15（at.%）的合金，其它步骤同实施例1，不同的是：定向凝固时，抽拉速率为100μm/s，依然可得到如实施例1所述的具有定向枝晶组织zrcr合金，其显微图如图8所示。从图5及图6中可得，具有定向枝晶组织的zrcr合金其抗压强度比铸态的zrcr合金提升32.8%，抗拉强度比铸态的zrcr合金提升19.7%，其延伸率比铸态的zrcr合金提升326%。31.对比例1采用成分为zr85cr15（at.%）的合金，其它步骤同实施例1，不同的是：定向凝固时，抽拉速率为250μm/s，得到稳定段无定向枝晶组织的zrcr合金，其显微图如图9所示。32.对比例2采用成分为zr85cr15（at.%）的合金，其它步骤同实施例1，不同的是：定向凝固时，抽拉速率为500μm/s，得到稳定段无定向枝晶组织的zrcr合金，其显微图如图10所示。33.对比例3采用成分为zr85cr15（at.%）的合金，其它步骤同实施例1，不同的是：定向凝固时，抽拉速率为1000μm/s，得到稳定段无定向枝晶组织的zrcr合金，其显微图如图11所示。

　　技术特征：1.一种定向zrcr基合金的制备方法，其特征在于，其表达式为zr

　　，包括以下步骤：（1）根据目标zrcr合金成分称配原料；（2）经熔炼、浇铸得到zrcr合金棒；（3）氩气保护下，采用bridgman晶体生长装置对圆柱棒合金进行定向凝固，加热温度为1600~1900℃，保温时间为1~60min，抽拉速率为0.1~1000μm/s，得到zrcr基合金。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，采用水冷铜坩埚悬浮熔炼炉或真空非自耗电弧熔炼炉反复熔炼至少5次原料。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用真空非自耗电弧熔炼炉浇铸得到直径为8~10mm的zrcr合金圆棒。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，加热温度为1700~1800℃，保温时间为30~60min，抽拉速率为25~100μm/s。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，定向凝固得到直径8~10mm，长度为6~8cm的zrcr基合金。6.如权利要求1-5任一所述的方法制备的定向zrcr基合金。技术总结