用RT-150-12型台车式加热炉、RJJ-120型井式回火炉进行热处理试验;用WE-600型液压万能试验机、JB-300型冲击试验机、HB-3000型布氏硬度计进行性能试验，用NF-30型金相显微镜进行金相检验。为研究热处理工艺对R60705合金的性能和组织的影响，先后进行了1030℃加热水冷淬火;1030℃加热水冷淬火后再加570℃时效;870℃加热水冷淬火;870℃加热水冷淬火后再加550℃时效;850℃加热水冷淬火;850℃加热水冷淬火后再加650℃时效等热处理方案的试验。
将不同热处理后的试样进行性能试验和金相检验，观察不同热处理条件下的组织和性能的变化情况。试验采用直径90mm的圆试样，力学性能试样在1/2半径处取样，并依据GB/T228.1—2010《金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法》和GB/T229—2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》进行试验。表面硬度是热处理后表面加工去2.5mm氧化层后所测值，心部硬度是在试样的截面中心处检测。试验结果及分析试验合金原材料及经不同工艺热处理后的力学性能结果见表1。热处理后的试样经过氢氟酸和硝酸(1∶3)的混合水溶液腐蚀后的显微组织如图1所示。
R60705锆合金是在商业纯锆中加入2.5%左右的Nb，以增强锆的强度和成型性。纯锆在固态有两种同素异晶体，即体心立方晶格的β相和密排六方晶格α相，锆R60705在854℃以下具有(α+β相)混合晶体结构，在此温度以上转变为β相的体心立方结构。从锆的体心立方的β晶格改组为密排六方的α晶格转变过程的理论分析，锆β相向α相的转变，不能细化晶粒，也不易消除织构，这一点与钢的转变不同。这可能与锆的两个同素异构体比容差别大小(0.17%)有关。
当加热温度超过β相点后，1000～1200℃时，β相长大倾向甚大，极易使β相晶粒粗大使材料的韧性恶化。从图1(d)的1030℃处理后的显微组织可见其通过加热形核长大，经淬火后β相向低温同素异构转变的转变产物中具有粗针状初生α相，可见明显的高温β相晶界且组织较其它粗大。而从表1中的数据来看1030℃淬火较其它温度淬火后的强度变化不大，而塑性韧性较低。此现象产生的主要原因是β相中原子扩散系数大所造成。
在β相转变α相的过程中相变阻力及所需过冷度都很小。相变的体积效应不大，约0.17%。锆的热处理相变不会引起合金的显著强化。这个特点与钢的马氏体相变不同。锆合金的热处理强化只能依赖淬火形成亚稳定相及合金元素超过溶解度后形成金属间化合物或析出相的作用。其结果导致塑性下降。
从表1的试验结果可看出870℃淬火后的综合性能较好，由于在此温度加热避免了粗大的粗针状初生α相的形成。
由图1(b)、(c)可见组织中α相呈短条状分布，其基体组织较细密，由此可见要获得强度和韧性综合配合的组织，α相的形态决定了其韧性。而850℃淬火的温度在(α+β)两相区之间，从显微组织来看其组织中α相条状稍多且初生条较870℃淬火后的稍长。
试验表明，针状α相的形态对抗拉强度几乎无影响，但对合金的塑性韧性很敏感，因此在实际应用中应根据用途的需要控制合金组织中α相的形态，以获得所需要的性能。对锆合金来说淬火后经不同温度时效处理的试验说明在550℃以下时效对其淬火后的强度几乎无影响，当温度超过550℃后合金的强度开始降低。
表1中试验合金在650℃时效后的强度、硬度降幅较大，但材料的塑性、韧性都获得了提高。从图1(a)、(c)可见其组织中具有的黑色组织为时效中析出的颗粒锆的合金化合物，经时效后亚稳定相趋于稳定而消除了应力使材料的塑性、韧性提高。
3结论
1) 本试验中热处理工艺对锆R60705合金的性能和组织的影响取决于(α+β)两相组织中α相的形态，1000～1200℃时，β相长大倾向很大并形成粗大针状α相。在实际应用中应根据用途的需要控制合金组织中α相的形态，以获得所需要的性能;对锆R60705合金热处理，其淬火时效状态较淬火状态的塑性、韧性都获得了提高。
2) 从性能和显微组织来看，本试验中870℃加热水冷淬火加550℃时效的热处理工艺效果较好，且在化工设备主轴上进行了应用，满足了主轴服役所要求的综合力学性能。返回搜狐，查看更多