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本文主要以Zr-1.0Sn-0.3Nb-0.3Fe（N1合金）和Zr-1.0Sn-0.3Nb-0.3Fe-0.1Cu（N2合金）两种新型Zr-Sn-Nb合金为研究对象，采用金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、电子通道衬度像（ECC）、电子背散射衍射（EBSD）、透射电子显微镜（TEM）等多种微观组织表征手段，系统的研究了不同淬火速率下N1、N2合金的微观组织结构、第二相种类以及其水冷时效过程中第二相的析出规律，同时探究了Cu元素对微观组织和第二相种类的影响，并详细地研究了不同冷却速率对锆合金第二相种类、形貌、尺寸、分布等的影响。 本研究主要内容包括：①N1、N2合金在β相固溶后进行水冷、液氮冷、空冷和炉冷处理，分别获得细小交错分布的针状组织、Basket-weave魏氏组织、Parallel-plate魏氏组织和Lenticular组织，同时发现Cu元素具有细化板条，提高合金硬度的作用。此外，α板条宽度随着冷却速率的降低而增加，硬度值则随着冷却速率的下降而降低。②水冷组织的α板条界面或者三叉晶界发现了残余β+ω相，β与α相的取向关系符合Burgers关系，即{0002}α∥{110}β，<112_0>α//<111>β，ω与β相的取向关系为(0001)ω//(111)β，[21_1_0]ω//[1_01]β或者(1_010)ω//(1_21)β，[101_2]ω//[01_2]β，且添加Cu元素后残余β+ω相细化；此外，液氮冷组织与空冷组织在α板条界面上发现Orthorhombic结构的Zr3Fe相、Tetragonal结构的Zr2Fe相和 FCC结构的(Zr, Nb)2Fe相，且Zr2Fe与α相的取向关系为{111}Zr2Fe//{0001}α，<1_10>Zr2Fe//<112_0>α；炉冷组织中仅发现了富Nb的β-Zr相以及 HCP结构Zr(Fe, Nb)2相。③两种合金在时效过程中的第二相析出规律：N1合金为Orthorhombic结构的Zr3Fe相→Orthorhombic结构的Zr3Fe相、HCP结构的Zr(Fe, Nb)2相→Orthorhombic结构的Zr3Fe相、HCP结构的Zr(Fe, Nb)2相FCC结构的(Zr, Nb)2Fe相；加入Cu元素的N2合金，其第二相的析出系列为Orthorhombic结构的Zr3(Fe, Cu)相→Orthorhombic结构的 Zr3(Fe, Cu)相、HCP结构的 Zr(Fe, Nb, Cu)2→Orthorhombic结构的Zr3(Fe, Cu)相、HCP结构的Zr(Fe, Nb, Cu)2相、Tetragonal结构的Zr2(Fe, Cu)相。