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鋯管介紹
鋯管常溫下呈密排六方結構的α-Zr在冷變形加工中易形成織構。鋯管的織構對其強度、蠕變性能、氫化物取向、輻照生長等有重要影響。反應堆中使用的Zr-4合金包殼管,通常要求近徑向基極織構(即六方點陣的C軸基本上平行于管子的直徑)。一般終冷加工工序的壁厚減薄率與直徑收縮率之比大于1時易得到這種織構取向。而在Zr-2.5Nb壓力管的生產中是通過控制擠壓工藝參數和擠壓坯組織以控制織構的。Zr-2.5Nb合金中片狀氫化物呈隨意取向,控制壓力管加工藝,則可使片狀氫化物呈切向分布,獲得所需的織構。冷加工材經再結晶退火(約650℃)后織構發生變化,氫化物取向也變得混亂。
冷加工材的退火必須在真空爐中進行,真空度應高于10-4托。中間退火溫度約700℃。成品退火根據性能要求確定。對燃料包殼管的表面要求很嚴格,一般需酸洗。酸洗液是 和硝酸的水溶液。酸洗后一定要徹底除去制件表面的氟離子,否則會降低材料的耐蝕性能。成品管必須矯直。如果矯直工藝不合適,將會造成力學性能不均勻、爆破延性低和氫化物取向不利。
鋯管用于制作耐蝕部件和制藥器件。鋯與氧、氮等氣體有強烈的親和力,所以鋯和鋯合金還在電真空和燈泡工業中被廣泛用作非蒸散型消氣劑。鋯具有優異的發光特性,所以成為閃光和焰火材料。
鋯管在300~400℃ 的高溫高壓水和蒸汽中有良好的耐蝕性能、適中的力學性能、較低的原子熱中子吸收截面(鋯為0.18靶恩),對核燃料有良好的相容性,因此可用作水冷核反應堆的堆芯結構材料(燃料包殼、壓力管、支架和孔道管),這是鋯合金的主要用途。
工藝特點
(1)鋯和氣體的親和力很強,它與氧、氫、氮分別在約200、300和400℃開始反應,較高的溫度下反應迅速,因而熔鑄、熱處理都要在真空爐內進行。在大氣中進行熱加工時,應采取妥善的保護措施,并且縮短高溫下的操作時間。
(2)鋯與模具的摩擦系數較高,容易粘附于模具表面;塑性變形的熱效應顯著,加工時要求有良好的潤滑條件。
(3)加工規范對產品的使用性能具有較敏感的影響。尤應注意控制成品前的冷加工和熱處理工藝,以滿足使用要求。
(4)管材的尺寸精度和表面質量要求很高。所以,工藝裝備應有良好的精度,工模具設計和制作應先進合理。
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