目录
展示
1
ZR705C锆合金铸造过程和质量控制分析
2
介绍
3
锆合金加工技术
3.1
2.1 熔化方法
3.2
2.2. 成型过程
3.3
2.3. 铸造过程
3.4
2.4. 焊接过程
4
结论
ZR705C锆合金铸造过程和质量控制分析
我国锆合金的基础研究和工业开发开始很晚. 锆合金铸件的生产能力还不够.
对于大型锆合金铸件尤其如此.
几乎没有生产经验, 质量控制很难.
所以, 锆合金铸件的生产和研究与开发受到了学术界和工业生产部门的广泛关注.
本文着眼于产生国内锆合金铸件. 它研究阀体铸件的铸造过程. 它还使用Procast Simulation Analysis的结果改善了铸造过程.
大规模化学高压锆合金铸件使用丢失的泡沫精密铸造技术铸造.
介绍
锆和锆合金通常用于核和化学工业. 他们有很多优势.
这些包括低热中子吸收, 低密度, 和一个小的热膨胀系数.
它们还具有良好的机械性能，并在高温和高压等艰难条件下抵抗腐蚀.
两者之间的主要区别是HF内容.
HF含量少于 0.01% 是核级锆, 和锆，HF含量约为 4.5% 是工业级锆.
工业级锆合金主要用作耐腐蚀的结构材料和石化田中的成分, 药品, ETC.
在化学工业, 它们主要用于热交换器, 提取塔, 反应容器, 泵, 阀门, 和腐蚀性介质的管道.
根据ASTM B752和YS/T 853 标准, 工业锆材料的主要等级是ZR702C (ZR-3) 和ZR705C (ZR-5).
他们之中, ZR702C是非合金工业纯锆, ZR705C是ZR-NB合金, 和 2.0-3.0% NB添加到ZR702C.
所以, ZR705C锆合金比ZR702C具有更好的耐腐蚀性和机械强度. 该材料在结构强度高要求的情况下被广泛使用.
关于锆合金铸件, 铸造过程研究相对有限, 实际生产中过程方法的选择通常与钛合金铸件的选择相同.
结合锆合金铸造技术的水平, 以化学工业中典型的锆合金阀体铸造为例, 采用了投资铸造过程，并将投资铸造模具用于生产.
锆合金加工技术
锆是一种活性金属, 与钛和hafnium属于同一IVB组元素, 密度 6.49 g / cm3, 熔点 1852 ℃, 还有一个沸点 4377 ℃.
ZR705C锆合金
它可以与许多物质反应, 因此，需要在真空或惰性气体保护下熔化锆和锆合金, 而且铸件的化学稳定性很高.
2.1 熔化方法
锆具有与钛和hafnium相同的熔化特性, 它们都是高温下的活性金属.
同时, 这些合金是具有高熔点和流动性较差的耐火金属, 毫无疑问，这对熔融技术构成了极高的标准.
所以, 锆合金, 钛合金和hafnium合金经常使用类似的熔融制备技术.
现在, 锆合金铸件生产中最常用的技术是真空消耗电极弧熔化技术和真空感应熔化技术.
2.2. 成型过程
现在, 有两个主要用于锆合金铸件的主要成型过程: 失去蜡精度铸造 过程和加工石墨模具铸造过程.
此外, 有沙子铸造过程, 但是关于其申请的报告很少.
由于成型材料的折射率和热性能的差异, 失去蜡精度铸件产生的铸件的表面质量比石墨模具的表面质量更好, 但是生产成本更高, 它主要适用于中小型铸件.
在这个实验中, 阀体铸件尺寸很小, 复杂的结构, 并具有高维精度要求.
所以, 阀体铸造所需的模具是由投资铸造过程制成的.
2.3. 铸造过程
锆合金的铸造过程类似于 钛合金, 但是锆合金在高温下比钛合金更具反应性, 在生产过程中需要更严格的过程控制.
基于锆合金的冶炼和铸造特性, 本文主要从三个主要方面总结了锆合金的铸造生产过程: 制造霉菌, 冶炼和倾倒, 并进行后处理.
2.4. 焊接过程
新铸件不可避免地具有表面和内部缺陷. 为了满足产品交付要求, 通常使用焊接方法.
他们之中, 维修铸件是一种有效的手段，可确保质量满足要求.
然而, 维修焊接过程中也可能发生各种问题.
现在, 锆合金的主要焊接方法是TIG, HV-EBW, 和爪子.
锆合金的导热率略大于钛, 但比铁的少得多.
它是一种相对较差的导热率的材料.
在高温下, 锆很容易与H2反应, O2和N2.
200℃, 它与氢反应形成ZRH2.
约315°C, 锆合金吸收氢以引起氢含糖.
在300°C, 它与氧反应形成Zro3.
高于550°C, 它与空气中的氧气反应，形成脆性的氧化物层.
高于700°C, 锆吸收氧气, 造成严重的材料覆盖. 在600°C, 锆吸收氮形成ZRN.
避免由焊接区域长期高温造成的不良反应, 焊接参数，例如焊接速度, 当前的, 和真空应严格控制.
锆的热膨胀系数低于钛. 它也比其他材料低得多. 这意味着锆石在焊接过程中变形较小. 因此, 它减轻压力并使焊接更容易.
锆在焊接过程中破裂的趋势很低, 可以使用多种焊接方法, 其中氩电弧焊接是一种更经济的方法.
锆合金在高温下具有反应性. 他们可以在焊接过程中轻松与气体反应. 这使得保护焊接过程免受外部气体的影响很重要.
为了获得合格的锆合金阀体焊接质量, 除了控制温度, 焊接过程中焊接接头的酸度和质量, 准备步骤, 加工, 焊接前的表面处理和清洁也非常重要. 应特别注意以下几点:
(1) 实际的铸件应比所需的铸造略厚，以促进表面饰面和缺陷去除.
(2) 锆合金铸件的切割和挖掘都是使用氧气进行的, 等离子体, 或水喷射或激光设备. 不建议将碳电极用于弧切割, 这很容易引起更大的污染.
(3) 在热切割过程中, 将在切割表面附近形成氧化和污染层.
它应该在焊接之前删除. 厚度至少为0.8mm, 1.6氧气切割后的毫米, 1.6血浆切割后的毫米, 和0.8mm之后 激光切割.
(4) 沙子爆破, 射击和蒸汽爆破用于去除表面上的高温氧化物层和润滑剂.
机械下降介质包括氧化铝, 碳化硅, 二氧化硅沙, 锆石沙子, 和钢射. 油脂和润滑剂去除是使用超声清洁进行的, 蒸气脱脂, 或电解碱清洁系统.
(5) 作为铸件的最终清洁步骤腌制需要以下预防措施: 维持一个 10:1 硝酸与氢氟酸的比率可以最大程度地减少铸件的吸收.
应除去所有氧化物和鳞片以防止成品的优先蚀刻.
腌制后, 立即用冷水冲洗产品. 这有助于防止表面上剩下的氟化物或氯化物.
结论
(1) 过程优化: 我们使用数值模拟重新设计了浇注系统和立管结构 (YH-2过程).
这种变化解决了厚壁区域中的收缩问题. 它还实现了稳定的填充并满足了高压ZR705C阀体的严格质量要求.
该方法为大型锆合金铸造生产提供了可复制的过程.
ZR705C锆合金铸造的微观结构有三个不同的区域. 这些是表面细粒层, 过渡柱晶体区域, 和内部等级谷物结构.
金理组成由层状α相和颗粒状β相组成, EBSD分析证实了相之间的晶体学取向关系.
(3) 表面污染控制: 扩散反应层 (厚度 20-30 μm) 由铸造过程中的熔体和壳之间的相互作用形成.
该层富含氧气，需要严格的表面处理和预焊接处理以消除污染引起的缺陷.
(4) 焊接质量保证: 全面的表面处理, 包括机械防锈, 腌制, 并去除污染层, 对于防止焊接裂缝至关重要.
过程参数，例如氩纯度 (>99.999%) 电线清洁度被确定为实现无缺陷焊接的关键因素.
(5) 实际意义: 模拟的整合, 优化的铸造参数, 后处理方案为高融合锆成分的定位奠定了坚实的基础, 从而有效减少对进口铸件的依赖.
未来的工作应探索先进的霉菌材料，以进一步减少污染并改善铸造表面质量.