赵帆等：锆合金热挤压用防护润滑剂的试制与性能 237· 750 750 (a) (b) 650 650 Zr-4 T Zr-4 T 550 T 550 T Heat Heat transger transger T 450 450 H13 H13 350 350 20 40 60 80 100 20 40 60 80 100 Time/s Time/s 图5Zr-4合金与H13模具钢换热温度-时间曲线.(a)有润滑剂：(b)无润滑剂 Fig.5 Temperature-time curves of heat exchange between the Zr-4 alloy and H13 die steel:(a)with lubricant;(b)without lubricant 3000 在锆合金坯料加热、保温以及热挤压时，可有效减 2500 Without lubricant 少其与周围介质中的气体发生反应 (3)该润滑剂具有较好的高温热障性能，可 2000 有效减缓锆合金与模具钢的界面传热.当Z-4合 e1500 With lubricant 金和H13钢的初始界面温度分别约为700℃和 350℃时，无润滑剂时Zr-4合金表面温度达到稳定 1000 的时间为7.7s,界面换热系数由250Wm2.℃增 500 大至2700wm2.℃；有润滑剂时Zr-4合金表面 0 温度达到稳定的时间延长至12s,界面换热系数 20 40 60 80 100 Time/s 由131Wm2.℃-1增大至1900Wm2.℃1 图6Zr4合金与H13模具钢接触面温度变化与换热系数 参考文献 Fig.6 Heat transfer coefficient of contact surface of the Zr-4 alloy and H13 die steel [1]Yang F,Wei B L,Wang X F.Research advance and future direction of nuclear graded zirconium alloy.Mer World,2016(3): 滑剂条件下，换热系数从250Wm2.℃增大到大 24 约2700Wm2.℃.这表明该润滑剂具有较好的 (杨锋，尉北玲，王旭峰.核级锆合金研究现状及我国核级锆材 高温热障性能. 发展方向.金属世界，2016(3)：24) [2] Wang L X,Zhang X Y,Xue X Y,et al.Study on the 3结论 microstructure and texture of zirconium alloy tube.Rare Met (1)试制了一种锆合金热挤压用防护润滑剂， Mater Eng,2013,42(1上：153 (王丽霞，张喜燕，薛样义，等.锆合金挤压管坯的组织及织构研 由基础粉末、有机硅树脂和无水乙醇组成.有 究.稀有金属材料与工程，2013,42(1)：153) 机硅树脂、无水乙醇和基础粉末的质量比为 [3]Guo X C,Luan B F,Chen J W,et al.Distribution characteristics of 1:3:6.基础粉末的组成为：40%~50%的低软化 precipitation of N18 zirconium alloy.Rare Met Mater Eng,2011, 点玻璃粉，5%~10%的A1203粉末，5%~10%的滑 40(5:813 石粉，5%~10%的云母粉，10%~15%的MoS2粉， (过锡川，栾佰峰，陈建伟，等.N18锆合金沉淀相分布特征的研 10%~15%的石墨粉 究.稀有金属材料与工程，2011,40(5)：813) (2)实验温度为700~800℃时，采用圆环压 [4]Zhu G W.Zhao Y C.Zhao F.et al.Effect of stress annealing on 缩法测得涂覆有该润滑剂的Zr4合金摩擦因子为 texture and recrystallization behavior of Zr-4 alloy.ChinJ Eng, 2020,42(9:1174 0.19~0.25.与目前使用的进口产品相比，润滑效 (朱广伟，赵乙丞，赵帆，等.张力退火对Zr4合金织构和再结品 果基本相同甚至更好.同时，该润滑剂具有较强的 行为的形响.工程科学学报，2020,42(9)：1174) 附着力，涂覆于锆合金坯料表面后不易脱落，并且 [5] Li BT,LiZ,Kang JY,et al.Preparation of Y2O refractories and 在高温下具有一定的流动性及良好的热防护性 research of interface reaction of Y,O;with Zr alloy.Chin J Rare滑剂条件下，换热系数从 250 W·m−2 ·℃−1 增大到大 约 2700 W·m−2 ·℃−1 . 这表明该润滑剂具有较好的 高温热障性能. 3    结论 （1）试制了一种锆合金热挤压用防护润滑剂， 由基础粉末、有机硅树脂和无水乙醇组成. 有 机硅树脂 、无水乙醇和基础粉末的质量比 为 1∶3∶6. 基础粉末的组成为：40%～50% 的低软化 点玻璃粉，5%～10% 的 Al2O3 粉末，5%～10% 的滑 石粉，5%～10% 的云母粉，10%～15% 的 MoS2 粉， 10%～15% 的石墨粉. （2）实验温度为 700～800 ℃ 时，采用圆环压 缩法测得涂覆有该润滑剂的 Zr-4 合金摩擦因子为 0.19～0.25. 与目前使用的进口产品相比，润滑效 果基本相同甚至更好. 同时，该润滑剂具有较强的 附着力，涂覆于锆合金坯料表面后不易脱落，并且 在高温下具有一定的流动性及良好的热防护性. 在锆合金坯料加热、保温以及热挤压时，可有效减 少其与周围介质中的气体发生反应. （ 3）该润滑剂具有较好的高温热障性能，可 有效减缓锆合金与模具钢的界面传热. 当 Zr-4 合 金和 H13 钢的初始界面温度分别约为 700 ℃ 和 350 ℃ 时，无润滑剂时 Zr-4 合金表面温度达到稳定 的时间为 7.7 s，界面换热系数由 250 W·m−2 ·℃−1 增 大至 2700 W·m−2 ·℃−1；有润滑剂时 Zr-4 合金表面 温度达到稳定的时间延长至 12 s，界面换热系数 由 131 W·m−2 ·℃−1 增大至 1900 W·m−2 ·℃−1 . 参    考    文    献 Yang  F,  Wei  B  L,  Wang  X  F.  Research  advance  and  future direction of nuclear graded zirconium alloy. Met World, 2016（3）: 24 （杨锋, 尉北玲, 王旭峰. 核级锆合金研究现状及我国核级锆材 发展方向. 金属世界, 2016（3）：24） [1] Wang  L  X,  Zhang  X  Y,  Xue  X  Y,  et  al.  Study  on  the microstructure  and  texture  of  zirconium  alloy  tube. Rare Met Mater Eng, 2013, 42（1）: 153 （王丽霞, 张喜燕, 薛祥义, 等. 锆合金挤压管坯的组织及织构研 究. 稀有金属材料与工程, 2013, 42（1）：153） [2] Guo X C, Luan B F, Chen J W, et al. Distribution characteristics of precipitation of N18 zirconium alloy. Rare Met Mater Eng, 2011, 40（5）: 813 （过锡川, 栾佰峰, 陈建伟, 等. N18锆合金沉淀相分布特征的研 究. 稀有金属材料与工程, 2011, 40（5）：813） [3] Zhu G W, Zhao Y C, Zhao F, et al. Effect of stress annealing on texture  and  recrystallization  behavior  of  Zr-4  alloy. Chin J Eng, 2020, 42（9）: 1174 （朱广伟, 赵乙丞, 赵帆, 等. 张力退火对Zr-4合金织构和再结晶 行为的影响. 工程科学学报, 2020, 42（9）：1174） [4] Li B T, Li Z, Kang J Y, et al. Preparation of Y2O3 refractories and research of interface reaction of Y2O3 with Zr alloy. Chin J Rare [5] 750 650 550 450 350 Temperature/ ℃ Heat transger Zr-4 H13 T1 T2 T3 T4 0 20 40 60 80 100 Time/s (a) 750 650 550 450 350 Temperature/ ℃ Heat transger Zr-4 H13 T1 T2 T3 T4 0 20 40 60 80 100 Time/s (b) 图 5    Zr-4 合金与 H13 模具钢换热温度−时间曲线. （a）有润滑剂；（b）无润滑剂 Fig.5    Temperature–time curves of heat exchange between the Zr-4 alloy and H13 die steel: (a) with lubricant; (b) without lubricant 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 20 40 Time/s 60 80 100 0 hc/(W·m−2 ·℃−1 ) Without lubricant With lubricant 图 6    Zr-4 合金与 H13 模具钢接触面温度变化与换热系数 Fig.6    Heat transfer coefficient of contact surface of the Zr-4 alloy and H13 die steel 赵    帆等： 锆合金热挤压用防护润滑剂的试制与性能 · 237 ·