Page 42 - 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

还未发生相变, 仍然保持 α相, 造成该区域 α相富 除了坩埚引入铜的可能性, 因此说明缺陷中的铜元
集, 这就是间隙元素偏析。因此, 缺陷的边部组织区 素是异常引入的。通过生产方了解到, 在该锆锭熔
域为间隙元素偏析区域 [ 4 ] 。 炼前, 刚刚熔炼完 Zr-4锆锭( 含有 Cu元素), 电极上

缺陷的心部硬度约为880~1000HV , 说明缺 残留着未熔化的铜颗粒, 引入了外来夹杂物, 导致铜
陷心部为硬脆相夹杂物, 夹杂物分为两类, 一类为间 元素被引入 Zr-1锆锭。
隙元素与铜形成的硬夹杂物氧化铜, 另一类夹杂物
为锆铜合金。缺陷与基体之间存在明显界线, 可以 3 结论与建议
排除冒口未清除干净而引入缺陷的可能, 因此该间 Zr-1锆锭缺陷的形成原因为: 熔炼时使用的电
隙元素偏析的形成原因有: 熔炼前或熔炼过程中有 极被污染, 引入了外来夹杂物铜颗粒, 未熔化的氧化
杂质掉入熔池, 或是制作自耗电极过程中带入。这 铜颗粒和熔化的铜形成了锆铜合金, 在缺陷心部形
两种情况都会产生富 α相过渡组织, 显微组织中都 成了硬脆相夹杂物, 导致 Zr-1锆锭产生缺陷。
会显示出明显的过渡区域。 建议严格控制海绵锆的质量, 提高自耗电极焊
这类间隙元素偏析是由碳、 氮、 氧等α相稳定元 接过程的真空度和清洁度。
素局部富集, 且与锆元素形成氮化物、 氧化物而引起 参考文献:
的。这类化合物的特征是硬而脆, 会严重损害材料
的疲劳强度和塑性。碳、 氮、 氧元素的主要来源是海 [ 1 ] 张楷, 徐亮. 锆冶金技术的研究进展[ J ] . 稀有金属与
绵锆及掉入的废料, 或者是在制作自耗电极过程中 硬质合金, 2020 , 48 ( 6 ): 30-37.
焊接带入。缺陷的形成原因为: 熔炼前或熔炼过程 [ 2 ] 郭春芳, 董云会. 金属锆制备方法的研究进展[ J ] . 稀
有金属与硬质合金, 2008 , 36 ( 2 ): 63-67.
中铜或氧化铜的引入形成了间隙元素偏析缺陷。
[ 3 ] 左小涛, 王国平, 赵拼搏. 锆 R60702焊接接头的电化
锆锭基体中不含铜元素, 铜的熔点远低于锆的
学分析[ J ] . 金属功能材料, 2011 , 18 ( 1 ): 35-38.
熔点, 如果海绵锆中含有铜元素, 在熔炼过程中, 铜
[ 4 ] 张利军, 薛祥义, 张辰辉, 等.TC11钛合金锻件中疑似
元素会挥发, 不会残留在锆锭中, 说明海绵锆中不含
夹杂物缺陷成因分 析 [ J ] . 理 化 检 验 ( 物 理 分 册),
铜或氧化铜; 熔炼时使用的铜坩埚完好无损, 这就排
2015 , 51 ( 10 ): 743-746.

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程中, 偶 然 得 到 测 试 结 果 为 -33.6 MPa 或

4 结论
+33.6MPa , 是符合随机变量的统计分布规律的;
为 ( 1 ) X 射线应力测定不需要事先采用试验手段

图2d ) 表明, 无应力铁粉试样总的重复性r Fe p

33.6MPa ; 图2e ) 表明, 无应力铁粉试样总的标准差 将已知的应力与本仪器测得的物理量建立关系。

应为12 。 ( 2 )参考国标有关无应力铁粉的规定, 铁素体
S Fe p
X 射线应力测定的精度首先取决于材料的选 型钢制作的ILQ 应力参考试样测试结果的标准差
择, 晶粒细小、 无织构组织的各向同性材料才满足测 应不大于12MPa , 再现性应不大于33.6MPa 。

量原理的假定条件。材料衍射强度越高、 X 射线应 ( 3 ) X 射线应力测定设备的检定方法为, 使用
力测定设备的测量精度越高。经过喷丸强化的钢试 ILQ 应力参考试样在被检设备上进行不少于5次的
样, 其衍射强度和峰背比都会有所降低, 测量精度会 测试, 检定合格的判据为, 试样应力参考值和测定平

低于无应力铁粉。因此铁素体型喷丸钢ILQ 试样 均值之差的绝对值小于临界偏差C d 。

的R σ=23.44MPa , 满足原则要求。

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