锆合金塑型变形加工感应研究

摘 要：锆合金作为结构特性十分优异的材料之一，凭借其超强的结构塑性，得到了航天、交通以及国防等越来越多行业的广泛青睐和应用。锆合金塑型变形加工有着自身的特点，本文根据锆合金的基本结构特性，对其分类特征和感应加热的内容进行了进一步的研究，并在感应加热溫控以及测温分析的基础上，确定了科学的加热频率、加热时间以及加热方案，为锆合金的进一步发展提供了严谨的理论基础。

关键词：锆合金;塑型;变形加工;感应

1.锆及锆合金的概念和感应加热特征

锆合金具有优异的核性能，具备热中子截面小的优势，可以有效确保核反应堆中有着足够的中子数量，来维持不间断的正常运转。不仅如此，锆合金有着兼容性好、耐高温、耐腐蚀等特性，在水冷核反应堆的应用中，也有着广泛性。例如核燃料中的压力管和支架等[1]。

锆在化学元素周期表中与钛元素处于同一族，因此，在化学性质上也存在着一定的相似性。在对锆进行塑型变形感应加热的过程中，会呈现以下特征：首先锆的密度于钛和低碳钢相比要低的多，钛合金的导热率在不同温度下，其导热时间也要远少于不锈钢;其次在膨胀系数方面，锆的膨胀系数仅为低碳钢的一半，钛的三分之二;最后锆在热态化学方面，与钛合金相比有着更高的化学活性，高温下的亲和力也更强，在氧化性气温的加热中，可产生强烈的吸氢性能。在对锆及锆合金进行加热的过程中，天然气炉是最佳的加热工具，其可以根据锆自身的物理冶金特征内容等不断较少成型制品中的氧气和氢气以达到良好的力学指标。而感应热则是对锆合金进行拉拔、挤压以及锻造的最好方式，可以在缩短加热时间的基础上，提高工艺的质量。随着社会科技的不断发展和进步，感应加热的方式已经得到了不同行业的认可，甚至得到了诸多领域的重用[2]。

2.锆合金塑型变形前感应加热的规范内容

2.1铸锭锻造前对锆合金的感应加热

破坏铸态组织，合理消除疏松，将不规则的柱状晶粒进行均匀的锻造，是柸料锻造的主要目的。而在二次锻造的过程中，则对于合金成分偏析的第二相颗粒进行进一步锻造，确保细小颗粒的等轴性。在对柸料进行锻造前实施感应加热，可以以缓慢的方式逐步增加加热的温度，直至达到可以进行塑型变形的温度需求。一般情况下，锆合金的锻造温度范围在550度至600度之间，为了达到最好的工艺效果，要避免进行重复加热[3]。

2.2锆合金进行挤压前的感应加热

锆合金在进行挤压前，有着以下几点工艺要求：首先在对柸料进行挤压前，要达到加热的均匀性，一般情况下挤压的温度不能超过径向温差的3%。其次在锆合金挤压前进行热感应的过程中，会出现不同的问题，较为常见的则为以下两种，其一常规大气环境的加热过程中，柸料的氧化速度会随着温度的升高而不断加快，甚至对周围的氢、氮等气体进行吸收。其二是在锆合金塑型变形抗力不断增大的过程中，有着较强的粘性，而流动性却较差，因此在挤压的过程中，需要进行润滑。为了进一步减少以上两个问题的影响，可以采取以下相关措施，对锆合金进行挤压前的感应加热处理。即采取包覆铜套和涂敷涂层的方式进行针对性的处理。包覆铜套是用厚度为1毫米的铜皮对锆合金柸料的内孔和表面等进行覆盖，并通过化学处理方式进行流动性和延展性的提升。涂敷涂层则是在锆合金柸料的内孔以及表面进行石墨、粘附剂等成为的包覆，此方式有着处理方式简单的优点。但值得一提的是包覆的方式，尽管有着较好的流动性和延展性，但却增加了锆合金热感应的时间周期。因此涂敷涂层的方式更加受行业欢迎[4]。

2.3锆合金分段感应热的加热方式

锆合金分段感应热加热的方式常见为连续或步进式加热以及周期性加热方式。在连续或步进式加热的过程中，锆合金柸料若横截面超过了10厘米，则需要以600度的温度为分界点，即600度以下为低温锻造段，600度以上为高温锻造段，通过材料不同的属性，进行锻造方式的选择，继而达到塑型变形的温度。锆合金低温段的导热过程中，需要用较长的感应器，这样可以避免锆合金柸料在温度过高过快的状态下出现裂纹等现象。而高温段的锆合金柸料则存在着氧化的现象，因此要注意加热的时间。

周期式加热则是在锆合金柸料在机械实际感应热前，通过周期加热的方式对其进行冲击式加热。这样可以有效减少单位面积的功率，减少锆合金柸料在加热过程中所丢失的热量，科学提高热效率。周期式加热，顾名思义实在锆合金柸料表面温度降低至一定值时，在将功率进行提升，使表面温度达到一定需求，并通过反复的形式进行动脉式加热，减少总加热时间的同时，达到应有的工艺目标需求。

3.锆合金感应加热的测温及温控研究

锆合金塑型变形在进行加工的过程中，会受到内在以及外在多种因素的影响。而锆合金的材料价格十分昂贵，因此在对其进行感应热的温控和测温的同时，要十分谨慎，避免有温度控制不当而引发工件的报废，继而引发不必要的经济损失。由此可见，锆合金感应加热温度的测量十分重要。现阶段常见的测温方式为双色测温。温控作为测温过程过程中的必要步骤，也是影响整个锆合金柸料的工艺成型的重要内容和必要措施。

4.结束语

综上所述，锆合金作为未来我国社会科技领域和诸多行业的重要金属用材之一。其自身具备较为多样性的结构属性，并在塑型变形加工感应的调控中，形成了不同的材料类型。而作为造价颇高的金属用材，在对其进行塑型变形感应加热的过程中，也需要根据不同锆合金柸料的厚度和目标需求，进行不同锻造方式的选择。只有遵循其发展属性和发展目标，才可以实现锆合金材料的利用率最大化，继而为行业提供更加优质的服务。

参考文献

[1] 李韵豪. 钛及钛合金塑性变形加工的感应加热（下）[J]. 金属加工（热加工），2016（13）.

[2] 李韵豪. 铌及铌合金塑性变形加工的感应加热（上）[J]. 金属加工：热加工，2017（1）：80-85.

[3] 石鸿瑞，王伟. 锆合金轧制用芯棒的表面渗氮处理[J]. 金属世界，2018（2）：41-43.

[4] 杨锋，尉北玲，王旭峰，et al. 核级锆合金研究现状及我国核级锆材发展方向[J]. 金属世界，2016（3）：24-28.

作者简介：周尧，男，1984.03.07，河南巩义，本科，研究方向：锆及锆合金材料方面和质量无损检测方面。