[发明专利]一种高强高塑锆合金及其制备方法和应用

说明书

本发明属于合金技术领域，特别涉及一种高强高塑锆合金及其制备方法和应用。本发明提供的高强高塑锆合金，以质量百分含量计，包括以下元素：Nb0.3～15％、Mo0.2％～6％、Hf0.01～4.5％和余量的Zr。在本发明中，Nb作为β稳定元素，在α相和β相中形成置换固溶体，有利于提高锆合金的强度；Mo的添加会引起晶格畸变，这些缺陷有利于在形核过程中增加形核密度，促使晶粒细化，继而达到细晶强化作用，显著提高了锆合金的强度；Hf属于中性元素，在α相和β相中固溶强化作用明显，有利于提高锆合金的强度；本发明结合Nb和Mo的共同作用，通过控制各元素的含量，实现固溶强化。

技术领域

本发明属于合金技术领域，特别涉及一种高强高塑锆合金及其制备方法和应用。

背景技术

锆在地壳中存储丰富，锆及锆合金具有优异的性能，如良好的耐腐蚀性能和优异的耐辐照性能等。随着锆合金被广泛开发应用以及应用环境条件的提高，人们对锆合金的强度和塑性提出了更苛刻的要求，尤其是作为生物医用材料应用于人体中。

目前，锆合金的制备方法主要有真空自耗电弧熔炼、非自耗电弧熔炼、电磁感应熔炼、电子束熔炼和等离子熔炼，其中涉及的强化方式主要有固溶强化、细晶强化和第二相强化。

由于缺乏有效的强化方法，目前研究的大多数锆合金无法兼顾较高的抗拉强度和塑性，例如传统锆合金(如Zr-Nb系和Zr-Sn系)的室温抗拉强度一般在300MPa～600MPa之间，塑性一般在10～15％左右，难以满足日益提高的对锆合金强度和塑性的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高强高塑锆合金及其制备方法，本发明提供的高强高塑锆合金具有强度高、塑性优异的特点。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种高强高塑锆合金，以质量百分含量计，包括以下元素：

Nb 0.3～15％、Mo 0.2％～6％、Hf 0.01～4.5％和余量的Zr。

优选的，所述高强高塑锆合金的组织包括板条α相和/或等轴β相。

优选的，所述板条α相的板条宽度为1～7.2μm；所述等轴β相的晶粒尺寸为52～240μm。

优选的，所述高强高塑锆合金的抗拉强度为650～890MPa，延伸率为12～26％。

本发明还提供了上述技术方案所述高强高塑锆合金的制备方法，包括以下步骤：

提供合金铸锭，所述合金铸锭的化学组成与高强高塑锆合金的设计组成一致；

将所述合金铸锭依次进行预热保温处理和轧制，得到锆合金板；

将所述锆合金板依次进行固溶处理和水淬处理，得到所述高强高塑锆合金。

优选的，所述合金铸锭的制备方法包括：将合金原料依次进行熔炼和冷却，得到所述合金铸锭；

所述熔炼的温度为2500～2700℃。

优选的，所述预热保温处理的温度为700～900℃，时间为20～60min。

优选的，所述轧制的总变形量为65～70％。

优选的，所述固溶处理的温度为700～900℃，保温时间为1～3min。

本发明还提供了上述技术方案所述高强高塑锆合金或上述技术方案所述制备方法制备的高强高塑锆合金在制备承力植入材料或在餐饮用品中的应用。