鋯合金力學(xué)分析研究

摘 ?要：本文將對鋯合金進(jìn)行力學(xué)分析，分別對其在室溫及高溫環(huán)境下的拉伸性能進(jìn)行研究，以鋯合金的特性及試驗的理論依據(jù)、試驗方法進(jìn)行入手，對其結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析，以此得出試驗結(jié)論。通過反復(fù)試驗的方式確保試驗結(jié)果的準(zhǔn)確，同時將其誤差縮小至最低的范疇之內(nèi)。

關(guān)鍵詞：鋯合金;力學(xué)分析;拉伸性能

1.鋯合金特性

鋯合金作為鋯和其他金屬的合金繼承了鋯的特性，其特性體現(xiàn)在硬度、延展性及耐腐性方面。但是在耐腐蝕性及強(qiáng)度方面其依舊無法達(dá)成一些特殊目標(biāo)，因此各國科學(xué)家開始對鋯合金進(jìn)行研究。最先問世的鋯合金為Zr-2合金，而在本文中進(jìn)行力學(xué)分析的則為Zr-4合金。Zr-4合金當(dāng)中不含鎳成分，同時加入了適當(dāng)?shù)蔫F。因此其各方面屬性都更加突出，在反應(yīng)堆當(dāng)中多使用Zr-4合金所制作的包殼管，對其進(jìn)行力學(xué)分析的科學(xué)意義更加明顯。

2.試驗方法及理論依據(jù)

2.1試驗理論依據(jù)

鋯合金力學(xué)分析的理論依據(jù)首先是其拉伸性能能夠在其內(nèi)部成分及組織結(jié)構(gòu)方面得到體現(xiàn)，同時相關(guān)的參考因素還能夠被歸納總結(jié)為材料在試驗的過程中外界的溫度及受力情況[1]。普通的單一金屬材料在力學(xué)性能分析當(dāng)中能夠被總結(jié)為其實(shí)在屈服流動臺階方面是否具有明顯性，在這一點(diǎn)上金屬鋯屬于沒有明顯屈服流動臺階的一種，因此金屬鋯的割線模量為0.7E。

在試驗的開始階段，首先要將試驗材料放置于萬能試驗機(jī)之上，后對其受力進(jìn)行緩慢的添加，直至試驗材料出現(xiàn)斷裂的情況[2]。在這一過程中對試驗中出現(xiàn)的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行激勵并以此繪制出相關(guān)的受力與拉伸比曲線圖，其中的特性點(diǎn)應(yīng)力在屈服極限及拉伸強(qiáng)度這兩項數(shù)據(jù)當(dāng)中能夠得到體現(xiàn)。下文將通過圖片的形式對其曲線圖進(jìn)行展示，詳情見圖1。

2.2試驗方法

試驗中所使用的設(shè)備分別是拉伸試驗機(jī)及引伸計，在拉伸試驗機(jī)方面其型號為CMT5015，準(zhǔn)確度高于0.5級。試驗過程當(dāng)中所使用的鋯合金為包殼管狀態(tài)，分別將其放置于室溫及高溫環(huán)境下進(jìn)行試驗。試驗的結(jié)果經(jīng)過統(tǒng)一的記錄并歸納總結(jié)為圖表之內(nèi)，下文將通過表格的形式對其進(jìn)行展示，詳情見圖表1。

3、試驗結(jié)果分析

3.1試驗結(jié)果數(shù)據(jù)處理

在試驗結(jié)果處理階段首先將對其數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，其統(tǒng)計的內(nèi)容分別包括抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度及斷后延展率著三項數(shù)據(jù)，在其統(tǒng)計的過程當(dāng)中分別對其平均值及偏差率進(jìn)行了計算。

3.2試驗結(jié)果分析

在對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析前，皆由上文鋯合金拉伸數(shù)據(jù)表內(nèi)容下文將對其處理結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，展示其平均值及偏差方面的結(jié)果，詳情見圖表2。

通過對圖表2當(dāng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)能夠發(fā)現(xiàn)其在標(biāo)準(zhǔn)差方面的波動較小，同時其數(shù)值之間的差異性也相對較小。因此在對其數(shù)值進(jìn)行分析時能夠發(fā)現(xiàn)其結(jié)果不會隨著時間及所加的力發(fā)生相應(yīng)的改變，因此能夠證明通過這樣的方式能夠?qū)︿喓辖鹪诓煌瑴囟拳h(huán)境下的應(yīng)變指數(shù)進(jìn)行測試[3]。

而在有效性方面圖表2當(dāng)中同樣有著清晰的展示，當(dāng)溫度環(huán)境被設(shè)置為室溫環(huán)境25℃時其抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度分別為530MPa、532MPa、540MPa及350MPa、345MPa、360MPa的數(shù)值，這樣的數(shù)據(jù)結(jié)果遠(yuǎn)超國家對其設(shè)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時還能夠發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗數(shù)據(jù)方面結(jié)果數(shù)值是十分集中的，因此能夠說明存在的誤差也是十分細(xì)微的，但是其誤差存在的原因是由于長度區(qū)的長度出現(xiàn)變化所導(dǎo)致的，因此這樣的情況是無法避免的。

最后在對試驗結(jié)果的對比當(dāng)中能夠發(fā)現(xiàn)兩項試驗結(jié)果都能夠發(fā)現(xiàn)其較為集中，但是在結(jié)果方面也會出現(xiàn)一定的誤差。造成這樣情況的原因通常情況下是由于拉伸過程當(dāng)中無法避免的彈性形變所造成的。在這樣的情況下，使用萬能試驗機(jī)能夠?qū)⑵湔`差控制到最小，因此以萬能試驗機(jī)結(jié)果為準(zhǔn)。

4、試驗結(jié)論

由上文內(nèi)容及試驗結(jié)果的分析能夠?qū)︿喓辖鸬牧W(xué)性能得到總結(jié)，其具體的試驗結(jié)論首先為在經(jīng)過萬能拉伸機(jī)進(jìn)行試驗后所得到的鋯合金力學(xué)性能結(jié)果十分集中，其結(jié)果的誤差也被控制在了一定范圍之內(nèi)，因此其試驗結(jié)果有著很高的科學(xué)性。同樣在使用拉伸試驗機(jī)對鋯合金在不同溫度環(huán)境下的拉伸性能進(jìn)行試驗的過程中，其誤差同樣相對較小，得出的結(jié)果有著很高的精準(zhǔn)度能夠作為日后實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中的參考結(jié)果使用[4]。其次當(dāng)鋯合金的規(guī)格得到變量控制時其抗拉強(qiáng)度的數(shù)值要高于屈服強(qiáng)度的數(shù)值，在延伸率方面長標(biāo)延伸率要遠(yuǎn)高于短標(biāo)延伸率。最后當(dāng)規(guī)格及材料兩項變量都得到控制的情況下，在強(qiáng)度指標(biāo)方面室溫條件下的鋯合金強(qiáng)度指標(biāo)高于高溫條件下的鋯合金強(qiáng)度指標(biāo)[5]。

5、結(jié) 語：

通過本文的論述，對鋯合金在萬能試驗機(jī)上的力學(xué)性能及拉伸強(qiáng)度得到了較為集中的體現(xiàn)。而相關(guān)的試驗結(jié)果在未來鋯合金的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中也能夠起到一定的參考價值，希望通過這樣的方式能夠?qū)喓辖鹪谏a(chǎn)應(yīng)用當(dāng)中的實(shí)際意義得到提升。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：周堯，男，1984.03.07，河南鞏義，本科，研究方向：鋯及鋯合金材料方面和質(zhì)量無損檢測方面。