１实验方法
本实验采用Ｚｒ－４合金直管，其主要成分（ｗ／％）：Ｚｒ≥９７．５、Ｓｎ１．２～１．７、Ｆｅ０．１８～０．２４、Ｃｒ０．０７～０．１３、Ｃ≤０．０２７、Ｈ≤０．００２５、Ｏ≤０．１６。试样加工过程如图１所示，首先将Ｚｒ－４直管变形５０％后进行一次退火，然后将已变形５０％的Ｚｒ－４管再局部变形１８％，加工成Ｚｒ－４异径管材，最后将管材整体进行二次退火。退火均采用ＮＷＺ卧室真空退火炉，退火方案见附表。按ＧＢ／Ｔ２２８．１—２０１０《金属材料拉伸试验第１部分：室温试验方法》和ＧＢ４３３８—２００６《金属材料高温拉伸试验方法》分别检测各退火方案下Ａ部位（变形量为５０％）和Ｂ部位（一次退火后再变形量为１８％）的抗拉强度、屈服强度和延伸率。用ＬｅｉｃａＤＭ２５００Ｍ光学显微镜检测４＃退火方案下Ａ部位和Ｂ部位的金相显微组织。
２结果与分析
２．１退火温度对室温力学性能的影响
Ｚｒ－４合金异径管材退火温度对其室温力学性能的影响如图２所示。从图２（ａ）中可以看出，变形量为５０％的Ｚｒ－４管材（Ａ部位）随着一次退火温度的降低、二次退火温度的升高，其室温抗拉强度和屈服强度呈先降后升的趋势，而延伸率则是先升后降；从图２（ｂ）中可以看出，一次退火后再变形量为１８％的Ｚｒ－４管材（Ｂ部位）随着二次退火温度的升高，其室温抗拉强度和屈服强度同样呈先降后升的趋势，而延伸率则呈先升高后降低趋于平缓的趋势。由此说明，Ｚｒ－４管材变形量为５０％的管段，其室温力学性能取决于一次退火温度；而一次退火后再变形量为１８％的管段，其室温抗拉强度和屈服强度及延伸率都取决于二次退火温度，一次退火温度对其力学性能影响不大。这是由于１＃退火方案中的二次退火温度为５００℃，而２＃退火方案的二次退火温度为５２３℃，随着退火温度的升高，延伸率升高，由于Ｂ部位经过一次退火后再变形量只有１８％，低于锆合金再结晶临界变形量（锆合金再结晶临界变形量为２０％），因此，Ｂ部位的室温抗拉强度和屈服强度明显比Ａ部位的高，延伸率明显要低。
２．２退火温度对高温力学性能的影响
Ｚｒ－４合金异径管材退火温度对高温力学性能的影响如图３所示。从图３（ａ）中可以看出，变形量为５０％的Ｚｒ－４管材（Ａ部位）随着一次退火温度的降低，二次退火温度的升高，其高温抗拉强度升高较平缓，屈服强度先降后升，延伸率则先升后降。从图３（ｂ）中可以看出，经一次退火后再变形量为１８％的Ｚｒ－４异型管材（Ｂ部位）高温抗拉强度和屈服强度随着一次退火温度的降低，二次退火温度的升高呈现先降后升，延伸率则先升高后降低。
２．３退火温度对金相组织的影响
Ｚｒ－４合金管材变形量为５０％的Ａ部位和一次退火后再变形量为１８％的Ｂ部位，按４＃退火方案退火后的金相组织形貌如图４所示。从图４（ａ）可以看出，Ａ部位为典型等轴状的完全再结晶形貌；如图４（ｂ）所示，Ｂ部位的组织形貌依然相对模糊和混乱，且晶粒中依然存在较强的方向性，典型形貌为消应力态。金属发生再结晶的主要条件为变形量和退火温度。锆合金再结晶临界变形量为２０％，传统的消应力退火温度为５００℃／３．５ｈ。Ｚｒ－４合金的变形量为５０％时，大大超过了锆合金再结晶临界变形量。如此大的变形量大大增加合金内部的位错、空位等缺陷的数量，并且造成点阵畸变及内能的升高，为析出相的形核级长大提供了有力条件。变形后又经历了两次５２３℃／３．５ｈ退火，晶粒长大并发生了明显的再结晶。Ｂ部位经过一次退火后再变形量为１８％，未超过锆合金再结晶临界变形量，且只进行５２３℃／３．５ｈ退火，晶粒无法长大，以致形貌为消应力态。
３结论
（１）Ｚｒ－４合金异径管材变形量为５０％时，其室温力学性能取决于一次退火温度；经过一次退火后再变形量为１８％时，其室温抗拉强度、屈服强度及延伸率都取决于二次退火温度，一次退火温度对其室温力学性能影响不大。（２）Ｚｒ－４合金异径管材变形量为５０％，一次退火温度为５４０℃／３．５ｈ时，高温延伸率最大。（３）Ｚｒ－４合金异径管材变形量为５０％，经两次５２３℃／３．５ｈ的退火处理，其金相组织为典型等轴状的完全再结晶形貌；经一次５２３℃／３．５ｈ的退火处理后，再变形量为１８％的金相组织形貌相对模糊和混乱，且晶粒中依然存在较强的方向性，典型形貌为消应力态。
作者：于军辉 单位：国核宝钛锆业股份公司
