锆材的材料特性及焊接工艺性能.docx

1、活性金属和难溶金属、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锆、锆；难溶金属是与铬相同或超过铬的熔点的金属如铌、钽、钨、钼、铬、钒、铼等。2、锆的基本概念及简介、锆的基本概念及简介锆来自于阿拉伯语单词 zargun，为金色，用来形容锆宝石（ZrSiO4）。在 1789 年由 M.H.Klaproth（克拉普罗特）在德国发现锆，1824 年分离出非纯锆，1916 年李国钦博士创立华昌公司，在1924 年制出具有延展性的锆金属并于1947 年以试验规模生产出工业用锆，1949 年采用镁热置还原法制备锆金属，1956 年建立锆厂，六十年代早期，锆和锆开始用于防腐。1965 年锆合金用于核工业，1970 年代第一次在醋酸生产中大规模使用锆。2.1、锆的主要性质及用途、锆的主要性质及用途锆锆(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 Zn、Pb、Ni，甚至超过 Cu、Sn,储量为铜储量的2.5倍。熔 点1882 ，沸 点 为4377 ，密 度 为6.506g/cm3(20)。根据锆的性能特点，锆主要用于核反应堆、化工设备和作为合金成分三方面。锆的热中子吸收截面低（0.18靶），铪热中子截面高（105 靶）；锆的原子序为 4a，原子量91.224,如此，锆被广泛的用于：（1）锆是一种热中质穿透材料；在中子辐射下，锆的强度韧性不变，热中子的吸收截面小，是良好的反应堆结构材料；（2）优异的耐蚀材料锆对很多腐蚀介质均有很强的抗力，优良的抗酸、碱和液体金属腐蚀能力，使锆成为当今热交换器、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、钼、锆、铌等的最好的合金元素；锆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、锆的分类、锆的分类锆可分为：（1）核工业用锆，限制铪含量小于万分之几，都需要热处理；（2）非核工业用锆，铪含量可达 4%左右；3、锆的基本属性、锆的基本属性锆是一种活性金属，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，锆容易很容易被气体污染发生氧化反应。在室温下就能与空气里的氧气反应，形成一层氧化物保护膜。这层保护膜给了锆及合金极强的防腐蚀能力。锆及锆合金在加热 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，为保持锆及合金等塑韧性，尽量限制锆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 700以上，锆能吸收氧而使材料严重脆化。在高温下锆能与上述气体反应，氢在 300开始吸氢，在 4600锆能吸收氮。锆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，并且在低温下锆合金没有低温脆化转变。4、锆材的性能的化学成分及物理性能、锆材的性能的化学成分及物理性能4.1、锆材的化学成分、锆材的化学成分锆材的化学成分和室温力学性能如表 1锆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4.2、锆的物理性能、锆的物理性能表表2 锆及合金的物理性能锆及合金的物理性能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，表面张力大表明锆适于全位置焊接。5、锆材的力学性能及许用应力值、锆材的力学性能及许用应力值5.1、锆材的常温力学性能、锆材的常温力学性能锆具有较好的常温力学性能。一般锆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 4t，锆的标准定为 10t，锆材的常温力学性能见表 1。5.2、锆材的高温低温性能、锆材的高温低温性能1）蠕变强度：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）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，锆无低温延性向脆性的转变）低温性能，锆无低温延性向脆性的转变锆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