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锆材的材料特性及焊接工艺性能

此文档一共16页,部分内容摘录如下:

1、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(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


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