锆位于元素周期表的ⅣB族，在862℃发生同素异构转变，由低温时的密集六方结构α相转变成高温时的体心结构β相。

锆的热中子吸收截面积只有0.18x10^-28m²，在300-400℃的高温高压水蒸气中有很好的耐腐蚀性能，在核电站的堆内有相当好的抗中子辐照性能，锆合金还有适中的力学性能，主要用于燃料的包壳材料、压力管、活性区支撑部件的核燃料芯体等，锆合金是核电站中不可缺少的材料，被誉为“原子时代的第一金属”。

工业规模生产的锆合金有两个系列：锆锡系和锆铌系，常见核电用锆合金牌号及名义成分如表1所示。

目前，相变点的测定方法主要有：

（1）膨胀法；

（2）X射线衍射仪法；

（3）热分析仪法；

（4）电阻法；

（5）金相法。

金相法测量相变点已经广泛使用于钛合金的生产过程中，其原理是高温β相淬火后生成针状马氏体，在相变点附近淬火，然后观察组织变化，确定合金相变温度范围。尝试用金相法测试相变温度T_α+β→β，为建立锆合金金相法测试相变温度奠定基础。

试验原料

试验用料为锆锡系的典型锆合金Zr4和锆铌系的新合金N36进行试验，它们的化学成分如表2、原始组织形貌如图1和图2。由于N36的原始组织识别不便，所以将材料热处理调制为图3所示等轴α加共析转变组织。

图1 Zr4合金原始组织

图2 N36挤压管坯原始组织

图3 N36热处理后组织

试验方法

1 试样的热处理

试验结果

分析与讨论

由锆-锡系相图可知：锆锡合金在1590℃发生共晶反应：由液态生成含锡21%的β相和Zr₅Sn₃化合物；在1325℃发生包析反应：β相和Zr₅Sn₃形成Zr₄Sn；在980℃，Sn为9%左右，又发生包析反应：β相和Zr₄Sn形成α-Zr。

Zr4合金锡含量在1.2%~1.7%，从β相区炉冷或空冷，生成的组织为单一的α相；从β相区淬火会发生切变型马氏体转变，在经α相时效处理和一系列加工再结晶热处理，可使Zr₄Sn相质点呈弥散分布析出，这种组织形态使材料的机械性能得到很大改善。

因此，Zr4合金的常见组织形态为等轴的α相加析出的强化的Zr₄Sn相如图1。

锆-铌系相图在590至600℃，Nb含量为0.6%，发生共析转变，βZrαZr+βNb。

锆铌系合金采用淬火时效热处理，时效后组织为α加弥散分布的βNb质点如图2；合金加热到共析温度上炉冷则形成初生α加（αZr+βNb）共析体如图3。

从图4(a)中可以看出在830℃淬火的样品组织为等轴α加高温β相转变的马氏体,随着温度的升高,高温转变的β相越来越多,马氏体相含量变多,α相越来越少，见图4(b)（c），Zr4在980℃以上全部转变为马氏体，见图4(d)。

N36在830℃淬火的组织为等轴α加高温β相转变的马氏体见图5(a)，在900℃点以上全部转变为马氏体图5(c)，由于锆合金T_α+β→β相变点温度高，相变点上加热组织会异常长大，为了保证热处理组织不过热，相变温度取α相未完全转变和完全转变的温度区间的下限值，所以Zr4的相变温度测试结果为970℃，N36相变温度为890℃。

锆合金和钛合金一样，随着温度的升高，合金中的β相的含量越来越多，达到某一相变温度T_α+β→β后，全变转变为β相组织，在该温度下保温一定时间后快速淬火，可以得到没有α相针状马氏体，通过观察淬火试样的金相组织，就可以判断相变温度T_α+β→β。

从图4和图5还可以看出：，Zr4合金从α含量20%减少到0%，需要升高60℃，N36合金从α含量35%减少到0%，需要升高70℃，对于钛合金α含量30%减少到0%一般只需要升高30-40℃，同样组织量的变化，锆合金比钛合金的加热温度区间要大，需要热处理的试样数量大，检验周期长，为了提高检验效率，在保证生产工艺对相变温度的精度要求（±10℃）下，合理的热处理加热温度间隔选择为10℃。

结论

1.锆合金的相变温度可以通过金相法测定。

2.对于锆合金相变温度的测定，其合理的热处理温度间隔为10℃。

3.锆合金相变温度取α相未完全转变和完全转变温度区间的下限值，试验测得Zr4锆合金的相变温度T_α+β→β为970℃，N36锆合金的T_α+β→β为890℃。