Page 41 - 理化检验-物理分册2023年第三期

何 伟, 等: Zr-1锆锭缺陷形成原因

合金牌号和化学成分》 对 Zr-1锆锭的要求。 1.3 金相检验
表1 锆锭的化学成分分析结果 % 锆锭的显微组织形貌如图 2 所示。由图 2 可
质量分数 知: 锆锭的缺陷与基体之间有明显的界线, 缺陷的心
项目
Zr+Hf Hf Fe+Cr C N H O 部组织为等轴组织, 且存在黑色夹杂物; 缺陷边部为

实测值 ≥99.8 1.93 <0.054 0.012 0.004 0.0007 0.080 白色粗大的富α相区域; 基体组织为粗大片状的魏

标准值 ≥99.2 ≤4.5 ≤0.2 ≤0.050≤0.025≤0.005 ≤0.10 氏组织。

图2 锆锭的显微组织形貌
1.4 硬度测试 1.5 扫描电镜( SEM ) 及能谱分析
在锆锭缺陷的心部、 边部和基体位置取样进行 在锆锭缺陷的心部、 边部和基体位置取样进行
硬度测试, 结果如表2所示, 可见锆锭缺陷的硬度远 SEM 分析, 结果如图 3 所示。由图 3 可知: 缺陷心
大于基体的硬度, 说明缺陷为硬脆物。 部组织细小致密, 缺陷心部的位置 1~3 处为夹杂
表2 锆锭缺陷的心部、 边部和基体位置的硬度测试结果 HV 物, 位置4处为等轴组织; 缺陷边部为富 α相区域,
测试位置 测试值1 测试值2 测试值3 比基体亮度大; 基体为粗大的片状组织。

缺陷心部 1035 889 1001 对缺陷心部区域( 位置1~4 ) 进行能谱分析, 结

缺陷边部 676 709 637 果如表3所示。由表3可知: 该缺陷夹杂物分为两
基体 171 170 157 类, 一类是以铜元素为主体元素的含氧化合物, 很可
能为氧化铜; 另一类为锆铜合金。

图3 锆锭缺陷的心部、 边部和基体位置的SEM 形貌
表3 缺陷心部区域的能谱分析结果 %
2 综合分析
质量分数
分析位置
C O Ca Cu Zr Hf 由上述理化检验结果可知: 锆锭缺陷和基体之
间有明显的界线, 硬度较大, 说明锆锭缺陷为硬脆相
位置1 2.16 1.63 0.60 77.43 18.17 -
夹杂物。缺陷的边部组织为粗大的富 α相, 硬度约
位置2 3.71 2.45 1.85 64.51 27.47 -

为700HV , 边部组织区域的特征符合富 α相硬偏
位置3 3.93 2.95 1.84 59.96 31.32 -
位置4 - - - - 97.98 2.02 析的特征, 且存在碳、 氮、 氧等元素富集的情况。碳、
氮、 氧等元素的富集会使 α相的相变温度与硬度显
著升高, 导致基体已经由α相转变为 相后, 该区域
β
9
2