Бобылев А.В. Механические и технологические свойства металлов. Справочник

Подождите немного. Документ загружается.

Чистый

гадолиний можно обрабатывать давлением вхолодную, од-

нако

целесообразнее обрабатывать его вгорячую, но в защитных обо-

лочках.

ТЕРБИЙ

Атомный номер тербия 65, атомная масса

158,924,

атомный радиус

0,1783

нм. Известно 17 изотопов, из них один (159) стабильный. Элект-

ронное

строение

fXe]4/

5d'6s

Электроотрицательность 0,8. Потенциал

ионизации

5,85 эВ. Кристаллическая решетка — п.г. с параметрами а=

0,3605

нм, с=0,5697 нм, с/а= 1,58. Плотность 8,23 т/м

. /пл=1365°С,

^|.ип

—3230

С.

Механические свойства тербия при 20 °С:

£=63

ГПа,

= 25 ГПа,

= 0,24, 0

=168 МПа, HV 70 [1].

Тербий — пластичный металл. Может быть подвергнут холодной де-

формации

при подогреве до 500 °С. Обработку его надо проводить в

инертной

среде.

ДИСПРОЗИЙ

Атомный номер диспрозия 66, атомная масса

162,50,

атомный радиус

0,1774

нм. Известно 11 изотопов, из них 7 стабильных. Электронное

строение

[Xe]4/

Электроотрицательность 0,8. Потенциал ионизации

5,83 эВ. Кристаллическая решетка — п.г. с параметрами а =

0,35915

нм,

с=0,56501 нм, с/а= 1,57. Плотность

8,555

т/м

. /

ПЛ

1412°С,

г„„п=2567°С.

Механические свойства диспрозия при 20 °С:

£=63

ГПа,

= 25 ГПа,

о„=

139 МПа, ст

.2=43 МПа, 6 = 30 %, ф = 30 %, HV 70.

Влияние температуры на свойства загрязненного диспрозия дано

ниже [1] (в числителе — литого, в знаменателе — деформированного):

KCn

"С . . 20 205 425

,МПа.

245/431

216/333

—/196

, МПа .

225/225

147/255

—/186

б,'%. ... 6/3 8/12 —/4

Более чистый диспрозий, содержащий примеси, ч. на 1 млн.: О 294,

Н28,

N21, Fe<10, Cl< 10, Na<10, A1 10, Cull, Та 40,

другие

металлы

50, имеет следующие величины равномерного удлинения и полного су-

жения

fl]:

'нет

6р.

С . . —195

... 14

... 22

— 123

—78

102

177

252

327

402

477

Чистый

диспрозий,

даже

литой, хорошо обрабатывается давлением.

ГОЛЬМИЙ

Атомный номер гольмия 67, атомная масса 164,93, атомный радиус

0,17661

нм. Известно 7 изотопов, из них один стабильный. Электронное

строение

[Xe]4f"6s

Электроотрицательность 0,8. Потенциал ионизации

6,02 эВ. Кристаллическая решетка — п.г. с параметрами а=0,35778 нм,

с=0,56178 нм, с/а= 1,57. Плотность

8,795

т/м

. <

л=1474°С,

*„„„

2720

°С.

Упругие

свойства гольмия при 20 "С: £ = 67 ГПа,

= 27 ГПа, ц =

=0,26.

245

247

157

420

333

594

127

767

У гольмия чистотой 98,2 % твердость НВ 85, чистотой 99,5 %

(дистиллированного) НВ 50 [1].

Литой загрязненный гольмий имеет [1]: при 20 °С о

=256 МПа,

ого,2=225 МПа, 6=5 %; при 205 °С а

=216 МПа, а

=168 МПа, 6 = 6 %.

Влияние температуры на механические свойства определено лишь

на

загрязненном гольмии (чистотой 97,8 %) при испытании в неочищен-

ном

аргоне, поэтому получены низкие значения [1]:

'исп

С . . . . -100

, МПа ... 265

% 0

ty, % 0

Немонотонное

влияние температуры на свойства гольмия также

вызвано некорректными условиями испытания. Высокочистый гольмий

пластичен и хорошо поддается обработке давлением.

ЭРБИИ

Атомный номер эрбия 68, атомная масса 167,21, атомный радиус

0,17566

нм. Известно 10 изотопов, из них 6 стабильных. Электронное

строение

[Xe]4/

Электроотрицательность 0,8. Потенциал ионизации

6,10 эВ. Кристаллическая решетка — п.г. с параметрами а =

0,35592

нм,

с=0,55850 нм, с/а= 1,57. Плотность

9,066

т/м

. <„,= 1529"С,

*„„„

2868

°С.

Упругие

свойства эрбия при 20 °С: £ = 73 ГПа,

= 30 ГПа.

Влияние температуры на свойства эрбия чистотой 98,8 % дано

ниже [1]:

tucn,

С . . . —97 179 255 431 607 783

, МПа ... 275 255 216 245 118 39

б, % 2 3 2 3 6 8

Очищенный

дистилляцией эрбий пластичнее (содержание приме-

сей,

ч. на 1 млн.: О 160, С 50, Н 8, N5, S 50, Fe 20, Си 12,

W<300,

АКЗО,

Mg<l, Ca 12,

других

металлов 760) [1]:

г„

сп

°С . . . —195 —123 —78 —23 +27 102 177 252 327 477

, % .... 10 14 13 15 16 20 19 21 18 17

<t>,

% .... 13 12 15 15 12 18 22 24 18 33

Холодная деформация ковкой (обжатие 68 %) упрочняет эрбий:

его механические свойства изменяются следующим образом: а

от 230

до 348 МПа, а

от 122 до 315 МПа, 6

от 5 до 1 %, г|) от 14 до 23 %.

Горячая ковка с обжатием 60 % не изменяет свойств за исключением

повышения

о"о,2 до 161 МПа.

Легирование литого эрбия цирконием повышает прочность, понижа-

ет пластичность [30]:

Zr,

МПа

228

362

491

о„„,

МПа

117

258

337

6. %

Я'-

°/

ТУЛИИ

Атомный номер тулия 69, атомная масса

168,934,

атомный радиус

0,17462

нм. Известно 6 изотопов, из них один стабильный. Электронное

строение

[Xe]4/

Электроотрицательность 0,8. Потенциал ионизации

6,18 эВ. Кристаллическая решетка — п.г. с параметрами а=

=0,35375 нм, с=0,55540 нм, с/а = 1,57. Плотность 9,321 т/м

. /

пл

1545°С,

*„

ип

=1950

С.

Тулий чистотой 98,2 % при 20 °С имеет твердость НВ 85, а более

чистый —НВ 48 [1].

Тулий технической чистоты после горячей прокатки и отжига в ар-

гоне при

650—700

°С имеет при 20 °С: а

=48 МПа, ст., 2=22 МПа, 6=

=54

%; при 300 °С: a

= 30 МПа, 0

,2=2О МПа, 6=30 %. Обнаруженное

авторами работы [1] аномальное понижение пластичности при

600—

900 °С вызвано действием атмосферного

воздуха,

в котором проводили

испытания;

по этой же причине наблюдалось растрескивание слитка при

горячей прокатке.

ИТТЕРБИЙ

Атомный номер иттербия 70, атомная масса

173,04,

атомный радиус

0,19372

нм. Известно 7 стабильных изотопов. Электронное строение

[Xe]4f

Электроотрицательность 0,8. Потенциал ионизации 6,25 эВ.

Кристаллическая решетка — г. ц. к. с параметром а=0,54848 нм при

температуре выше 795 "С, о.ц.к. с параметром a=0,444 нм. Плотность

6,966

т/м

. *

л=819

С, /кип=1196°С.

Упругие

свойства иттербия при

20°С:

£=18 ГПа, 0 = 7 ГПа, ц=0,28.

Механические свойства литого технического иттербия при 20 °С:

а„=72

МПа,

Сто

2=65 МПа, 6=6 %, НВ 21 [1]. Более чистый отожжен-

ный

иттербий имеет о

=58 МПа, 6=43 %, ^=92 %.

Иттербий технической чистоты при 20 °С после горячей прокатки и

отжига в аргоне при

300—350

°С имеет о

=200 МПа, ао,2=160 МПа,

образцы вытягивались по всей рабочей длине без образования шейки,

6=54

7с

повышением температуры пластичность иттербия понижалась

вследствие интенсивного окисления, так как испытания выполняли в

атмосфере

воздуха

[1]; при 400 °С ст

=120 МПа, а

=100 МПа.

Очищенный

дистилляцией иттербий, содержащий, ч. на 1 млн.: О

203, Н 22, С 7, Мо 10, Si 30, Та 400, АКЗО, Са<30, Cr<20, Fe<40,

Ni<10,

Cu<20, Sc<10, Y 100, Er<50, Tm<20, Lu<10, обладает высо-

кой

пластичностью при испытании в защитной среде [1]:

'исп.

°С . . . —195 —123 —80 —23 0 +25 102 177 252

6п, % . . . . 20 17 20 28 47 43 36 33 31

Ц, о/о 67 68 80 77 75 93 90 94 99

ЛЮТЕЦИЙ

Атомный номер лютеция 71, атомная масса

174,97,

атомный радиус

0,17349

нм. Известно 12 изотопов, из них два стабильных. Электронное

строение

[Xe]4/

5rf'6s

Электроотрицательность 0,8. Потенциал иониза-

ции

6,15 эВ. Кристаллическая решетка — п. г. с параметрами а=

=0,3505 нм, с=0,5553 нм, с/а= 1,58. Плотность 9,84 т/м

. *

ПЛ

=1663°С,

<„

ш=3402°С.

Упругие

свойства лютеция при 20 °С:

£=84

ГПа, 0 =

=34

ГПа,

ц=0,23.

Свойства загрязненного лютеция (чистотой

95,72

приведены ниже [1]:

'исп.

°С . . . 100 300 670

МПа ... 216 216 137

% .... О 2 2

t|>,

«/о . . . . 0 2 8

20.

МЕТАЛЛЫ

IVA ПОДГРУППЫ

Титан,

цирконий

гафний

при комнатной температуре в атмосфере воз-

духа

устойчивы; окисление начинается при

200—300

°С. При более вы-

сокой

температуре они реагируют с азотом, водородом, углеродом.

Оксиды, нитриды и карбиды этих металлов тугоплавки; температу-

ра плавления их следующая:

Соединение . . TiO, TiN TiC ZrO

ZrN ZrC HfO

HfN HfC

njI

°C. . . . 1870

2950

3150

2700

2980

3550

2900

3310

3890

Свойства этих металлов существенно зависят от степени чистоты.

Влияние сотых долей процента кислорода или азота на механические

свойства настолько велико, что эти металлы длительное время считали

непластичными,

пока не были получены образцы с очень низким содер-

жанием примесей. Чистые металлы пластичны, хорошо поддаются об-

работке давлением, что позволяет изготовлять из них прутки, проволо-

ку, ленты и трубы.

Горячую обработку

следует

выполнять в защитных средах. Дефор-

мируемость этих металлов при горячей прокатке улучшается при за-

мене

воздуха

гелием или вакуумом при малом остаточном давлении.

Использование

хорошего вакуума позволяет получать металлы с луч-

шими

механическими свойствами по сравнению с прокаткой в

других

средах.

Применение

инертного газа дает менее удовлетворительные резуль-

таты, так как даже высокочистый инертный газ

(99,995%)

по содер-

жанию активных примесей соответствует плохому

вакууму.

Металлы, горячекатанные в вакууме, лучше обрабатываются в хо-

лодном состоянии, чем после горячей прокатки в атмосфере

воздуха

или

гелия.

Металлы IVA подгруппы имеют хорошую пластичность в области

низкотемпературных фаз с п. г. структурой и в области с о. ц. к. струк-

турой. Наиболее сильно

ухудшают

пластичность примеси легких элемен-

тов в металлах и в окружающей среде, например в вакууме более

10-

Па.

ТИТАН

Атомный номер титана 22, атомная масса

47,90,

атомный радиус

0,145 нм. Известно пять стабильных изотопов. Электронное строение

|Ar]3d

Электроотрицательность 1,2. Потенциал ионизации 6,83 эВ.

Кристаллическая решетка — п. г. с параметрами: а=0,2951 нм, с=

0,4679

нм, с/а=

1,585;

при температуре выше 882 °С — о. ц. к. с пара-

метром а=0,3306 нм. Плотность 4,50 т/м

. /

л =

1668°С,

КИП

= 3169

С.

Упругие свойства титана:

£=108

ГПа, 0 = 43 ГПа, |х=0,36.

При

температуре 450 °С и выше титан адсорбирует водород, азот,

кислород, оксид и диоксид углерода, которые его охрупчивают.

Свойства технического титана при 20 °С, содержащего примеси, %:

0,06, Si 0,04, С 0,05, О 0,14, N 0.03, Н

0,002,

таковы: а„=461 МПа,

оо,2=333 МПа, 6 = 28 %, г|з = 56 %,

KCU=l,4

МДж/м

, НВ 154.

До середины XX в. считали, что титан не поддается обработке дав-

лением;

легкость деформирования иодидного титана вызвала удивление

была названа «своеобразным оригинальным свойством». Однако тог-

да титан содержал до 3 % примесей; в настоящее время и технический

титан достаточно пластичен, так как содержание примесей в нем значи-

тельно уменьшено. Так, при наличии примесей, %: Fe 0,06, Si 0,04, С

0,05, О 0,14, N 0,03, Н

0,002

титан технической чистоты имеет следую-

щие свойства: а

= 460 МПа; о

= 333 МПа, 6 = 28%,

г|>

= 56 %, KCU

«1,4 МДж/м=, НВ 154.

Свойства титана

трех

марок в зависимости от степени чистоты [1]:

Марка титана

ВТ1-1

ВТ

1—0

ВТО—0

Степень чисто-

ты. %

99,038

99,28

99,601

441—588

343—490

294—441

Сто,,,

МПа

373-490

294—412

245—373

в. %

Иодидный

титан (0,05 % примесей) отличается меньшей прочнос-

тью и большей пластичностью: с„=220-г-260 МПа, а

г=120-М70 МПа

6 =

50-60%,

•ф=70н-80%, Л'СУ=2,5 МДж/м

[1]. '

Примеси

повышают прочность титана; при наличии 0,05 % одной

из

примесей — кислорода, азота,

углерода,

кремния а

повышается со-

ответственно на 60, 125, 35, 12 МПа.

Азот

значительно охрупчивает титан; сплавы с>0,05 % N не име-

ют практического применения. Кислород при содержании до 0,5 % не

ухудшает

пластичности технического титана, однако для титановых

сплавов кислород

следует

считать вредной примесью.

Углерод

—сла-

бый упрочнитель, но при содержании >0,2 % появляется хрупкая кар-

бидная фаза. Водород считают наиболее вредной примесью, так как он

вызывает хрупкость [1]. Сера также понижает пластичность.

Ударная вязкость отожженного после ковки технически чистого ти-

тана

ВТ1—0

резко падает с увеличением содержания водорода: от

1,6 МДж/м

при

0,002

% Н до 0,8 МДж/м

при 0,01 % Н и до 0,1 МДж/

/м

при 0,015 % Н.

повышением температуры пластичность листового титана марки

ВТ1 —

(чистотой

99,038

%) непрерывно увеличивается [1]:

'исп>

С . .

, МПа . .

о, МПа .

6,'%. . . .

503

382

100

412

323

200

314

235

300

215

137

400

196

108

500

168

600

100

700

100

800

100

Уменьшение относительного удлинения титана при

400—500

"С

(рис.

32, а) обусловлено понижением равномерного удлинения при этой

температуре (рис. 32, б).

°—Т

—О—'

. 1

^х\

Ч'

720

700

-200 О ZOO 400 BOO 800

WOO

1200 -200 0 200 400 600

Рис.

32.

Влияние температуры

на

относительное удлинение

6 и

относительное

сужение

ч|) (а) и на

равномерное удлинение

(б)

титана

(Ц:

/, 2, 3

—

6; 4, 5

—1|>;

/, 5, 6 —

иодидный титан сечением

5X25 мм: 2, 4 — тех-

нический

титан сечением

5X25 мм; 3, 7 —

иодидный титан сечением

6X60 мм

-273 ~173

Рис.

33.

Влияние температуры

на

относительное удлинение

иодидного титана

||]:

/ —

зонноочищенного чистого;

—

исходного чистого;

3 — зон-

ноочищенного

обычного;

4 —

нодидного обычного

Титан

очень пластичен во всем ис-

следованном интервале температур (от

—196 до 1160 °С); при

700—1160

°С

образцы в месте разрыва вытягивались

до острия иглы, при этом ч|5= 100 % [1].

Следовательно, титан с п. г. и о. ц. к.

решетками пластичен.

При

низких температурах относи-

тельное удлинение титана уменьшается

(табл. 22). Однако пониженное удлине-

ние

характерно для загрязненного тнта-

н-1.

Иодидный титан имеет пониженную

пластичность лишь при гелиевой темпе-

ратуре. При дальнейшей очистке иодид-

ного титана его удлинение повышается

до 61 % (рис. 33).

Титан

нельзя считать хладноломким

металлом, как указано в работах; хлад-

ноломкость обусловлена примесями, и

частности водородом fl].

ТАБЛИЦА

22.

ВЛИЯНИЕ

НИЗКИХ

ТЕМПЕРАТУР

НА

МЕХАНИЧЕСКИЕ

СВОЙСТВА

ОТОЖЖЕННОГО

ТИТАНА

|1]

СО

«о

Иодидный

титан

420

— 196

—253

—269

250

677

931

843

137

235

260

275

Технический титан

+20

— 196

—253

—269

451

902

1230

ИЗО

382

657

824

814

Титан

марки

ВТ1

4-20

— 196

—253

—269

549

941

1157

119

431

669

726

794

ТАБЛИЦА

23.

ВЛИЯНИЕ ОКРУЖА-

ЮЩЕЙ

АТМОСФЕРЫ

ПРИ 1100 °С НА

СОДЕРЖАНИЕ

ГАЗОВЫХ

ПРИМЕСЕЙ

ТИТАНЕ

(Ц

Среда

при

легреве

До

нагрева

Воздух

Вакуум*

прокатке

Воздух

Вакуум*

Содержание газов,

0.1-

0,09

0,2—

0,3

0,08

0,05

0,025

0,05

0,023

0,017

0,008

0,04

0,003

0,001

•

Вакуум

Я-10—'

Па.

ТАБЛИЦА

24.

ПЛАСТИЧНОСТЬ

ТИТАНА

ПРИ

ПРОКАТКЕ КЛИНОВИД-

НЫХ ОБРАЗЦОВ

[I]

Среда

при про-

катке

Воздух

Вакуум 1 -10—

Па

Предельно? обжатие,

%, при t,

800

900

1000

>64

1100

>70

ТАБЛИЦА

25. ВЛИЯНИЕ

ДАВЛЕНИЯ

ВНЕШНЕЙ

СРЕДЫ

НА

СВОЙСТВА

ТИТАНА

ПОСЛЕ ГОРЯЧЕН ПРОКАТКИ ПРИ 1000 'С (I]

при

р.

нагреве

1С-»

\№

Ю-

п»

при прокатке

10»

3-10—

, МПа

Иодидный

титан

294

304

275

Магниетеомический

титан

10^

1-Ю-з

598

588

в.

Ф.

Влияние

легирующих элементов (5 % каждого) на титан приведено

ниже:

Добавка

, МПа . . .

о„,

МПа . . .

в.

Sn Al

549 583 686

480 512 618

20 20 20

50 50 40

V Mo Cr Mn Fe

721 755 858 858 961

618 652 755 755 892

20 20 20 10

50 50 40 40 25

Внешняя

среда влияет на механические свойства титана. При ис-

пытании

на ползучесть при 600 °С под напряжением 60 МПа образцы

титана разрушаются в вакууме Ы0~

Па в три раза медленнее, чем на

воздухе

[1]. Это связано с насыщением титана примесями (табл. 23).

Применение

вакуума при горячей прокатке

улучшает

пластичность

титана (табл. 24) и его механические свойства (табл. 25).

Установлено, что плохая обрабатываемость технического титана бы-

ла обусловлена наличием в нем до 3 % примесей.

В настоящее время и технический титан достаточно чист для того,

чтобы его успешно прокатывать при комнатной температуре: трещины

по

кромкам образуются лишь при суммарном обжатии

85—90%;

при

100 "С и выше разрушение не наблюдается при практически достижи-

мых степенях обжатия [1].

Прутки

диаметром 6,35 мм иодидного титана после электронно-лу-

чевой бестигельной зонной плавки имеют чистоту

99,9999

%. Из них

можно вытягивать проволоку диаметром 0,25 мм без промежуточного

отжига [1]. Легирование титана 0,2% палладия придает ему высокую

коррозионную стойкость в переменных окислительно-восстановитель-

ных средах [31].

ЦИРКОНИЙ

Атомный номер циркония 40, атомная масса

91,22,

атомный радиус

0,159 нм. Известно пять природных изотопов циркония. Электронное

строение [Kr]4d

. Электроотрицательность 1,1. Потенциал ионизации

6,84 эВ. Кристаллическая решетка — п. г. с параметрами а=0,3232 нм,

с=0,5147 нм,

с/а—1,59.

Выше 872

С — решетка о. ц. к. с параметром

а=0,361 нм. Плотность 6,50 т/м

. <

ПЛ

=1865°С, <

кип

3650°С.

Модуль

упругости

£=97

ГПа.

Цирконий

отличается высокой способностью поглощать и удержи-

вать активные газы. Наиболее интенсивно он поглощает кислород при

600—800

С, азот при 700 °С, водород при 800 °С. Вакуумированием при

1000 °С водород удаляется, кислород и азот — нет.

Влияние

температуры испытания на механические свойства цирко-

ния

по данным [1];

ИСт

сг

, МПа . .

а.,,, МПа . .

б, %. . . .

20 200 300 400

216 137 118 108

78 49 44 39

45 55 55 60

Влияние

температуры испытания на механические свойства отож-

женного

иодидного циркония по данным [1]:

, МПа О

, МПа if, %

— 95

— 93

— 92

— 96

Относительное сужение отожженных прутков реакторного циркония,

содержащего примеси (ч. на 1 млн.): кислорода 1050,

углерода

149, же-

леза 260, гафния 84, кремния 49, алюминия 28, азота 36, увеличивалось

повышением температуры от 37 % при

—196°С

до 99 % при +727"С

(рис.

34) [1].

100

200

300

400

500

в>

МПа

275

216

196

186

157

147

МПа

118

108

•ф.

°/

'. t °С

исп>

600

700

800

850

900

1000

118

в*

2\ 1

100

-273-73 127 327 527

727 -273-73 127 327 527 727

tucni

Рис.

34.

Влияние

температуры

на

относительное

удлинение

(а) и

относитель-

ное

сужение

(б)

циркония

при

скорости

деформации:

1,3-lC-

с—

Влияние

скорости деформации

{1,3-10~

с—'

1,3-10—

с—

)

было не

очень

существенным несмотря на то, что она отличалась в 1000 раз.

Непрерывное

увеличение относительного удлинения при повышении тем-

пературы нарушалось минимумами, связанными с наличием примесей.

Примесь

кислорода существенно повышает твердость циркония [1]:

Содержание кислорода, %

Твердость по Бринеллю НВ:

0,1 0,2 0,3

100

200 250 300

Насыщение

циркония азотом или кислородом приводит к повыше-

нию

и а

,2. В исследованном интервале концентраций

(0,002—0,44

азота и

0,002—0,4

% кислорода) примесь азота уменьшила пластич-

ность

циркония в 10 раз, а кислорода в 5 раз. Установлено значитель-

ное

влияние на пластичность

даже

тысячных долей процента примесей.

Есть основания полагать, что при уменьшении их содержания плас-

тичность повысится.

На

рис. 35 приведены данные о влиянии азота и кислорода на ме-

ханические свойства полос циркония толщиной 0,3 мм при комнатной

N,% (noмассе)

0,05

0,1

0,15

0,25

0,35

0,4

0,% (по

массе)

0,05

ЩО

0,20 0,30 0,40

ГО

ъ>

д.

•-Г

Г*

u,i

Л*

0,5

1,0 1,5 Z,0

Z,5

W°/o(am.)

0,15 1,0 1,5 2,0 2,5 п

Рис.

35.

Зависимость механических свойств циркония

от

содержания азота

(а)

кислорода

(б), а

также зависимость

ст

0 2

концентрации

азота

(а') и

кислорода

(б')

от корня квадратного

из

температуре и скорости деформации 1,6• 10—

с~

. Видно, что у наиболее

чистого циркония 0„=98 МПа, а

=29 МПа и 6 = 69%. К сожалению,

пет данных об относительном сужении [1].

Электронно-лучевая зонная плавка позволяет существенно очистить

цирконий

от примесей. За три прохода при давлении

•

10—

Па удается

понизить

содержание водорода до

0,0007

%, кислорода до

0,004

%, азо-

та до

0,003

%, а микротвердость с 1580 до 1140 МПа; содержание

угле-

рода не уменьшается и составляет 0,15% [!]• Полученный цирконий

отличается высокой пластичностью и малой прочностью (ст

=108 МПа,

сто,

=29

МПа).

Цирконий

нехладноломок; при испытании на

удар

надрезанных об-

разцов иодидного циркония происходит лишь пластический изгиб без

разрушения.

Примесь водорода повышает t

от

—200

°С при

0,005

до 50 °С при 0,015 % Н и вызывает пористость, которая прямо пропор-

циональна

концентрации водорода в пределах

0,00014—0,003%

[1]-

Внешняя

среда оказывает существенное влияние на механические

свойства циркония при высоких температурах. Испытания на ползучесть

при

1100—1300

°С иодидного циркония показывают, что при вакууме

10~

Па скорость ползучести остается постоянной в течение более 10 ч;

разрушения не происходит, образец пластичен. При ухудшении вакуума

до 10~

Па скорость ползучести непрерывно понижается, пластичность

длительная прочность уменьшаются и образец разрушается по исте-

чении

короткого промежутка времени.

Ухудшение механических свойств тем сильнее, чем

хуже

вакуум,

выше

температура испытания и больше приложенные напряжения. Раз-

рушение образцов в плохом вакууме наблюдается по границам зерен

вследствие преимущественной межкристаллитной диффузии атомов из

газовой среды [1]. В этих условиях происходит преимущественное

окис-

ление по границам зерен.

При

испытании без напряжений также происходит окисление и по-

вышение

твердости

циркония.

Это наблюдается даже в вакууме К)-

Па,

а в худшем вакууме — еще значительнее (табл. 26).

Чистый

цирконий пластичен при холодной и горячей деформациях;

из

него изготовляют полосы, прутки, проволоку и трубы. Однако у иодид-

ного циркония связь между кристаллитами ослаблена. Улучшение плас-

ТАБЛИЦА 26.

15 мин НАГРЕВА

Среда

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ

[11

ЦИРКОНИЯ С ВОЗДУХОМ ПРИ

'исп'

800 900 1000

1100 | 1200

Воздух

Вакуум, Па:

Воздух

Вакуум, Па:

Ю-

Воздух

Вакуум, Па:

Ю-

Увеличение

массы,

мг/см

1,660

0,470

0,390

0,025

5,110

1,020

0,624

0,033

9,350

1,900

1,260

0,067

18,500

3,300

2,130

0,162

Толщина

оксидной

пленки, мкм

10,50

2,98

2,46

0,16

32,30

6,45

3,94

0,21

59,10

12,00

7,95

0,42

110,7

20,82

13,44

1,02

Глубина

газонасыщения,

мм

0,40 0,70 1,10

0,25

0,05

0,35

0,15

0,45

0,20

Микротвердость,

МПа

42,100

4,800

3,000

0,300

266,0

30,30

18,92

1,89

На

всю

толщину

0,70

0,25

Воздух

Вакуум, Па:

10-2

2400

2200

2000

1500

2900

2650

2500

1800

3250

3000

2750

2100

4000

3250

2400