Меерсон Г.А., Гагаринский Ю.В. (ред.). Металлургия циркония

Подождите немного. Документ загружается.

мвтА.'1'|уРгия

циРкония

ч|4ну

ц:0,01-0,02,

которая

почти

не изменя_

ется с температурой

вплоть

до

400". €

лругой

сто'

ронь|'

холодноо

бработанный

цирконий

показь|вает

заметную

степень

чрствительности

механических

по сравнению

пластичностью

(относительное

су)кение

45о/]

при

медленном

испьпа}|ии

(0,005

ллс|мл

мшн).

8лияние

термообраб0ткп.

[ирконий

и многие

его сплавы

м0гут быть

заметно

упрочнены

бьь

строй закалкой

из

/-области

(объемноцентриро-

ванная кубинеская

рехшетка).

{ирконий

номи-

нальной

чистоть[

переходит из объемноцентриро-

ванной кубииеской

струкгуры в гексагональную

посредств0м

превращения мартенситного типа

(сдвига)

(гл.8)'

хотя

другие

исследователи

ука-

'зываюц

что эт0т

процесс в ч-истом

цйрконии

мо-

){(ет

протекат}

з;} стет образовапия

центров

кристалл|*}ац\4'4

1л

роста

кристаллов

[17].

3лиянйе

закалки из

области

вь[ше

темпера-

туры превращения

вь|ра}|(ается в повышении

прочности

сншкении'пластич}|ости, как

пока-

зано в

табл.92

(см. такхсе т1бл'

102).

3то

упроине-

ние

особенно 3аметно

по :вйенению

предела теку-

чести'

в то время как

увеличение'п!5едёла

прои-

ности в образцах

достато!|но

чиётого'металла

не-

велико.

€оответственно

пока3атель

упр0чнения

так)|(е

уменьшается

ре3ультате

/-закалки

0т

ц'0

Ф8

ц06

0ра

0р2

о,у"

)

-'0о

7 ем

ротп

9р

спьа

тп

с1 я

Ф и г. 235. 3ависимость

пока&|тепя

чувствительности

прочности

скорости

дФормафи

(п

температурн

д'|я

|1од\1д|\ого

циркония

[3]. :

обрабоганный

на холоду с об'@тнен.97о/9;

о6работаннь|й

яа

холоду

отох('(еннци.

свойств в зависимости

от скорости

деформации

при температурах вып|е

2Ф'.'€оответствующие

данные

пока3аны на

фиг.235.

],Р

8}.; |!р',пер6-х0лё'.!;Ё

сварного

шва

зоне,

"9-ц.ц|4(а8тся

при

у'ц$у._

поь шер е

.,у!1евЁ!!€8!!

8"+}ф!9ро&:!

пр

вРащ9нных

$зерен.

Фд:оврейевно'

наблш6даэшя:

с0ответствг

ющее.

увелш|ение

.9ш!осцтдьш!го

у'д'|иненпя

}г1|1еньшение

относитель}:огц.

сркения

площади

09)|(9Ё||0

с|:й]лп:н|

им ер' о

браз1щ,-с'9д9р?|чщ

были

обрабоччы'цги,.{!_

вакшме

з3}!4{9!.|ц

в.'ч}д

ой

ра

ство

ре-.ц

оЁ?р ец

.нрш

комнатной

те:ттперацре;

шение пласгичцостп

65о/')

при бысщых испьйнпяпс

!!{атериал

ус!'оэ},я

о6раФт:о:

! !

!1рсдсл

! с*ооость |

тек1:ч36'

| лейона- |

(осгачч_

'пйн

}||аядс(рор

|(в

м!твггт)[

у;чБ:

! !

,се|н'1,

предел

прочвости

при

растя-

)кении,

х?|м,4.

ог|{ося_

тепьвое

удлине-

ние на

о6разце

5Ф'8

лл'

0,005

5,0

Ф'0

0,ш84

0,084

|'%

9,8

11,2

26,6

813

29,4

ю,5

19,4

-37,0

37,7

38,б

23,5

25,о

ц0084

0,84

14,5

13,4

гл. !о. мвхАн}1чвскив

свойствА

циРкония

и Ёго сплАвов

28з

п0перечн0го

сечения.

}настки, }1е

д0стигавшие

температурь[

превращения'

нах0

дились

п0д

влия-

!|ием

т0льк0

р0ста

с-3ерен'

которьлй

при

обь:инь:х

усл0виях

сварки т{езнач|{тслен.

Ёаблюдалось ,.!нтересн0е

явле|1ие

для

образ-

ц0в

чист0г0

цирк0ния'

испь|танньтх

/-закален-

||0м

или

[-закаленн0м

],|

с-0т0}к)ке}{1|0м

с0стоя-

11иях.

Фчень большие

/-зерна

могут бьтть

вьлра-

це]{ь1

путем

от}кига в

!-области.

|1осле

0хлажде-

}!ия

через т0чку превращения

эти

зер1{а превра-

цаются

в значительн0

меньшие

с-зерна,

к0т0рь!е,

од}]ако,

0риентир0вань1

в соответстви\4

с ориен-

тацией

исх0дньтх

/_зерен

(по

механизму

Бургерса,

рассм0тренному

в гл.

8).

Б процессе

пластической

деформации

при температурах

с-области

такие

образт1ь:

ведут себя

так,

как если бь:

размер

их

зерен-бь|л

од|а?{аков

ра3мерами

исходнь!х

/-зе-

рен.

результате

образуется

шер0ховатая

по_

верхн0сть

образцов, выявляюфая

ра3мерь!

исход-

ньгх

!-зерен

(см.

фиг.

236).

Фиг.237

представляет

со

бой микр

офотогра

-фию

кромки

/_о

.''11ч.1.-

листов0го

образца п0сле

испь!тания на

растяже-

ние.

3аметно, нто

деформация

равномерна,

по

всему

объему

ка}кдог0 исх0дного

/-зерна.

1акое

п0ведение

можн0

объяснить тем' чт0 в

результате

механизма

превращения

по

Бургерсу пл0скости

скольжения

и ориентировка

@-зерен

пределах

и г. 236.

.[истовой образец, закаленнь:й из

!-обласги

поФ|е.ис|1ытатияна

растя)кение.

||оказана

ре:}ко

внявленная

!пероховатость

поверхности,

выявляк)щая

очертания

иоходных

Р-зерен.

ках(дого.,р_зерна

_булут

симметричнь| по

отно|1]е-

нию

друг

другу.

другим

следствием этого

является некоторая

олабо-йь

границ

исхойых

/-зерен

[2].

Фбразць:

...

--..,.,-.

;

**; ...,..,

-1.;;,*..

. :.:.].'

циркония

дт|я

испь!таний на

растях(ение,

зака-

ленные

пз

$-о)бласти'

часто показьтвают

образо-

вание

трещин

по

границам

нек0торь|хзерен.

Бсли

однородная

деформация

двух

с0седних

исходнь|х

/-зерен

осуществляетсянепо

их

границе'

т0

прои-

зойдет

ра3деление

зерен'

к0торое

м0жет привес-

таблцца

8лнянше

термообработки

на

механические свойства

губнатого

циркония

и сплава

иодидного

циркония

с113 вес.

о/'

молибдена

€остав сплава

условия

термообработки

предел

текучести

(остаточ_

ная

де_

формация

о'2%)'

хе

|млс2

26,4

27,0

40,7

4о,9

71,6

43,2

41,7

52,2

59,2

87,5

в83

в85

489

А58

А65

282

мвтАл.'|уРгия

циРкония

чину

ц:0,01-0,02,

которая

.ц9ч{и-

не' ['|зменя_

етс{ с температурой

вплоть

до

400'. €

пругой

сто-

р0нь|'

холоднообработанный

цирконий

пока:}ь|вает

заметную

степень

чрствительности

механических

по

сравнению

с пластичностью

(относительное

су)кение

45о/]

при меш!енном

испь|тании

(0'ш5

]'1м/мм

мс;н).

8лпяние

термообработкп.

|-[ирконий и многие

его

сплавы

могут

быть заметно

упрочнены

бьь

строй закалкой

из

/-области

(объемноцентриро-

ванная

кубинеская

релшетка).

(ирконий

номи-

нальной чистоть[

переходит из объемноценщир0-

ванной кубияеской

стру'(гуры в гексагональную

посредством

превращения

мартенситного

типа

(сдвига)

(гл.8),

хотя

другие

исследователи

ука-

'3ываюъ

!по

этот

процесс в чистом

цйрконии

мо-

)|(ет

протекать

3:|

сиет образовация'центров

кристалли3ац\4и

роста

кристаллов

[17].

8лпянуце 3акалки

гв

области вь![ше темпера-

туры

превращения

вь|ра}кается

повышении

прочности

и сни)кении'пластичности'

как

пока-

зано

в табл.92(см.

такц9

чбл,

102).

]то

упронне-

ние

особенно 3аметно,по

|вмененич

црец.е'ла

тек}.-

чести,

в то

врс!мя

как

увеличение

п!едёла прон-

н0сти в образцах

достато[{но

чиётого

металла

не-

вёлико. €оответственно

пока3ате]1ь

упр0чнения

п так)|(е

уменьшается

ре3ультате

/-закалки

от

ц|0

ф8

ц06

0ра

€

)

-,[ю

7 е ло п

ратп

ур

аспьс сп

Ф и г.

235.

3ависимоспъ

пок:!з:}тепя

чувствительности

прочности

скорости

лформации

(п

температурш

д'!я

цод]1|дного

циркония

[3].

обработанннй

на холоду с об>л<атнеп;9?%;

о6рабоэавнь|й

на

холоду

в ото'('(е||вцй.

з9р_цищ9ц

-щрущур9в-цшэрзд9ццой

/{азы

об-

1й е{ бол-Ёйй

п}?:Бо@|йй*

йн овно}{

металл

[18};прй:лчреход0

рЁщщ4{пла

сРарн0го

!!3?

(

3,9*9.'

поЁ.11еР

]]:

у![ен.в*ц9в&ъ

р*ерей;

Ф!Фофвиея!!Ф

ющее,

увелш!ение

9п!ос[{т9!ьного,

уш[инену1я

у1

уменьшение

оптос:дтель}:о|ч,

сркения

площади

:€001Б€'!€1,в}-

/|{атерва.г:

уФ'оэ''я

о6ра6от:с:

! !

||рсдслп

! скооость |тец:ч36'

! дейома- |

(остаточ_

'лйя

}наядс.рр

|о

лйнгт)[

#Б:

! !

ке|я'4'

||редел

прочности

при

растя-

)кении,

к2|!'1л.

Фгнося_

те'|ьное

уд'|ине-

вис на

образце

50,8.лалс.

0,ф5

5,0

50,0

0,0084

о,84

0,0084

0,084

0,84

9,8

9,!

11,2

26,6

8'3

29,4

14,5

13,4

ю,5

19,4

-37,0

37,7

38,6

23,5

25,о

ж4

м втА.]тлуР г

ц,4Р

ко

ну'я

ти

ра3ру!шению.

€варные

швы обнару}кивают

особую чувствительность

таким

условиям'

так

как

'них

сочетаются

ука3ацные

превращения

/_стру:оуры

усадочные

напря}кения. Фднако

полного

разрушения

по

границ:1м

исходнь|х

/-зерен

после испытания

на

растя}кение

не на-

блюдается }*}-за

высокого

сопротивления

цирко-

ния

распространению

трещин.

€плавы

циркония'

упрочняющиеся

старением'

не

описаны'

но

и3этого

не

следует'

что

цирконие-

вых сплавах

не наблюдаются

ффекть!

дисперсион-

ного

твердения. 8

деформированных

сплавах

цир_

кония

с оловом

[4]

дисперси0нное

твердение

на-

блюдалось;

хотя

в незначительной

степени.

Бполне возмо)кно'

тпо

ффег<гы

старения

имеются

циркониевых

сплавах'

но

увеличение

твердости'

вызываемое ими'

незначительно

по сравнению

ффе:оом,

достигаемым

путем

легирования.

?1з'

вестно' например'

!по

3акалка

сплава

циркония

оловом из верхней

части темперацрной с-области

с последующим от)киго]|1

двухфазной

области

приводит

едва

3аметному

повыше}1ию

твердостн.

8лияние легирующпх

элементов.

||о

определе-

нию влияния легирующих

добавок

(за

исключе-

нием олова)

на ме*{нические

свойства

циркония

проводилось мало системати{!еск[{х

исследований.

этих

работах

использовались

ра3личные

методы

плавки:

индукционная

плавка''

плавка в печах

сопротивлец|4я в графитовых

тиг.,1 |х и

дуговая

плавка. [(Роме

.того'

некоторых исследованиях

влпАнпю. ||озтому

тРудно

сопоставлять

Резуль-

тать[

различных

исследований

и'

таким образом,

устан0вить

влияние

легиргющих

добавок.

8лияние некоторых

легирующих

добавок

на

механические

свойства

при

комнатной

темпераФ

туре пока3ано

табл.93 и

на

фиг.

238

уатя

мало-

легированных сплавов

на

основе

иодидного

цир-

кония'

п0лг!енных в

дуговой

печи

ото}кжен-

ньтх.

Рассматривая

влияние

добавок

элементов

[26],

образующих

цирконием

твердь!е

растворь[

замещения' напримеР

титана и

гафния,

которые

показь|вают

неограниченную

растворимость

с-цирконии'

мо}кно

видеть' что такие

добавки

дают

весьма незначительное

ррочнение

при

ком-

натной

температуре.

Фднако элементь|'

образую-

щие

твердые

растворь[

внедрения' например аз0т

кислород'

которые

так}{(е показывают 3начи-

тельную

растворимость

@-цирконии'

прои3водят

3аметное

упрочнение'

причем в

этом

отн0!пении

особенно

эффекгивен

азот.

14з

фиг.

238 видно'

что

для

сохранения обрабатьтваемости

металла в

0'6 €о

0,4 €ш

1,6 н{

ц02

0,4

Ре

ц6

мп

йо

!,3 йо

0,5 $1

0'3

А3

5,9

[а

9,7

|а

5'4

ть

2,5 3п

3,9 $п

5,6 $п

8'0

т|

0,004

0,8у.

холодном

состоянии загрязнения атмосфернымп

газами

должны

быть минимальными.

€

другой

стороны' водоРод

ока3ывает

не3начительное

влия_

ние на прочностные

свойства при температурах

вь|ше

комнатной

[21].

Алюминий

олово, пока-

3ывающие 3аметную

растворимость

с-цир-

конии'

так)ке оказывают

значительное

упрочняю_

щее

воздействие.

9лово, в частности' находит

ши-

таблцца

йеханичесгсде сво[ства

пР||

растяженпп

при

коннатно[

те}|ператуРе

с_отожженных

сплавов

циркония

9,8

%,2

3!,9

59;6

ю,9

32,т

18,7

.|!,6

12,2

,36,5

цр

щ3

71р

$12

38р

5ц1

5|р

26,4

ф,5

зо,2

36,6

м$

5,2

26,6

ж,5

45,4

Ф,б

п,3

22,9

ю,9

72,4

15,8

52,4

8;5

39,7

49;2

85.3

52,б

50,3

$'0

24,7

27,9

$'7

65:1

7ц6

&'5

51;7

48,4

73,6

69,3

408

64,$

47,8

52,о

&'7

58,0

3б,1

36,4

7о,3

54,5

97,6

42,4

4т,6

ф,3

85,1

36,4

75,6

оо

\т

д_дуговая

|'!авка

;

Ё_индукционная

плавка;

|'_

на

основе

гу6татого

циркон|{я

(

на

основе

криста'1'1ичес_

кого

пругкового

циркония.

о.

з9

ьЁ

оФ

!(^

ьцо\

й6Ф

Ё}6

РЁ э:

Ё€е*

Аналгв

цнркониевого

с1лав,а,

веь

уо

{

;

г-п.

'о.

мвхАн|4чвс}<!,|в

свойствА

циРкон!1я

11 Ёго

сг]_г1Авов

281-;

рокое

применение

в качестве легирующей

до-

бавки

цирк0нию.

1,1з

элементов, обнаруживающих

незначитель-

ную

растворим0сть

с-цирконии,

интересно

от-

$етить

влияние элементов

вь:сокой

температ-

рой

плавления: вольфрама,

молибдена,

ниобия

тантала

[А9).

из

всех испь|таннь|х

элементов

вольфрам

наиболее

эффекгивен

как

упр0чняющая

добавка

(во

всяком

сл}д!ае,

в сплавах

с маль|ми

добавками).

€плавьл

цирк0ния

с вольфрамом

являются

наиболее труднь1ми

отн0шении

техно-

ло[и!4

плавки

вследствие

вьтсокой

т0чки

плавле-

ния

вольфрама' но при

тщательном

соблюдении

условий,

обеспечивающих гомогенность

состава

сплава'

они

могут легко подвергаться

горяней

бработке. 9пронняющее воздействие

вольфрама

сохраняетс

пр!4

вь|соких температурах.

Ёапри-

мер'

сплав с

8 вес.

о/'

волфрама

при 1204"

по

прочности

прибли>кается

инконелю

или

нер)ка-

веющей

стали

марки

310

[49!.

3аметная

ан!.пп}о-

трол||я

формьп

зерна

отмечается

в от0жя(енных

сплавах

|{ирконий-.-_волфрам,

как

пока3ано

на

,:'

0!23ц5

6о0ер:канш

е ле2цРу

юще е0 эле т"т ентп

а,

аполл

н.'|

и г.

238.

3лиянуте легирующих

эле}{ентов на

предел

проч]{ости

при

раетя)кении

циркон|1'{

при

комнатной

температуре.

3апптрихованнь|й

участок_разброс

известных

даннь!х

для

иодид-

ного

циркония:,

т1

титановаят}бка,

[ш]авленная в графитовом

и г.

239.

€плав

цлтркоьая

с|,4о/'

вольфрама

[4].

х 250.

€нид:ок

сделан в поляри:}ованном

свете.

фиг.

239

[4].

/т{олибден

является

следующей

по

эффо<тивности

добавкой,

за

ним ниобий.

йнтересно

отметить' что

(пл0щадки

текучести))

при

испьпани\4

на

растя)кение

наблюдаются

как

ш|я

сплава с

1о/, ниобия

[4],

так

шля

сплава с

18% нуаобия|27].

1антал'

по

крайней

-мере

маль[х

количествах' практически

не пр0изв0дит

упрочнения

лр|4

комнатной

температуре;

при

с0дер}(ании тантала

1 атомн.

о/'

отмеиен минимум

тта

кривой зависим0сти прочности

сплавов

7г-\а

от содержан|1я

тантала

[28).

{,отя

диаграммь|

с0-

ст0яния сплавов

ци1!кония

танталом и

ниобием

еще полн0стью не

устан0влень:

(см.

гл.

9),

инте-

ресно

отметить' чт0 в

этих

сплавах

упр0чня-

ющий эффекг

снижается п0 мере сни)кения эвтек-

тоидной температурь1

и повь1|!|ения

!-раетв0ри-

мости при

эвтектоидной температуре.

Ёелезо

и хром'

к0т0рь|е

харакгерк}уются

по-

л0)1(ительнь!м

воздействием

на

корр0зи0нную

стойкость

цирк0ния'

практически

нераств0римь!

с-цирконии и 0ка3ь1вают

небольшое

влияние на

механические

свойства

цирк0ния

при

комнатной

температуре. йедь иванадий,

к0т0рь|е

таюке об-

ладают

очень небольшой

раствори]!1остью'

по-

видим0му'

оказь|вают

д0вольно

заметн0е

упр0-

чняющее воздействие

на

цирк0ний,

х0тя эти

сис-

темь|

еще

недостат0чн0

исслед0вань1.

,[,ля

сравнения

влияния легирующих

элемен-

тов

больш.пих

к0личествах

при

повь|шеннь]х

температурах

улобно разделить

их

на три

груп-

пь! : 1) металлические

элементь|'

повь1!шающ]4е

температуру

превращения

цирк0ния,

2) металли-

ческие элементь1' п0ни}(ающие

температуру

пре-

вращения и

неметаллические

элементь1'

кот0-

рь1е

м0гут бьтть

обнару}кень!

цирк0нии

в виде

примесей.

(

первой группе

0тн0сятся

алюминий,

гафний,

свинец

и олов0. Алюминиевь1е

сплавь|

циркония

1г

3а

Ё3

!е

$г

€

28б

м втА"']л

уРги

я ци

ко

ни

ц2

||'

ц2

о.

>х

ц-

>!\

я9

}ф

€'ч

Ф_о

оо\

*с

цз

о]п

вФ

эЁ

нё

Ё-

являются

наиболее

пр0чнь|ми

и3 1{звестнь|х

спла-

в0в'

особенно

при повь|шеннь|х те.]!1пературах'

как

пока3ано

в табл. 94 ут 95.

Фднако

алюминий

0дин

и3

наихуд!ших

легирующих

элементов

в 0т-

1|01шении

влиян!4я

на сопр0тивление

циркония

окислению,

к0т0рое

0н

заметн0

снижает.

|'афлтп[т

практически

не оказь]вает

упрочняющего

влия-

ния

на

цирк0н

!! й

ри

комнатной

или

повь|шеннь|х

температурах. €винец

увеличивает

пр0чность

цирк0ния

при повь|шеннь|х

температурах,

н0

свойства

сплав0в

циркония

со свинц0м при

к0]\ь

натн0й температуре мал0 и3вестнь|. |1о-видимому,

наиболее мн0г0обещающими

сплавами в

настоя-

щее

время следует считать

сплавь1

цирк0ния

ол0в0м. 3ти

сплавьт

п0казь!вают вь1сокую

пр0ч-

н0сть

как

при

к0мнатн0й'

так

при повь|шеннь!х

те;ипе!ат}!ах'

как

п0казан0 в табл.

93-95

на

фиг.240|\1,

14]. Фни обладают

вь|сок0й пластич-

ностью и х0рошей1

ударной

вязкостью. йх

стой-

кость

против

0кислен}{я

при повь1шеннь!х

темпе-

ратурах

ни}ке' чем чистого

циркония.

(

иислу

элемент0в,

сни}кающих температуру

алл0тр0пическ0го

превращения

цирк0ния'

0т-

носятся

хром' кобальт,

медь'

)келезо'

марганец,

молибден'

никель, нр1об|1й' серебро' тантал'

торий,

тптан' вольфрам,

уран

и ванадий. Ёаибольтпий

интерес

из

этой

группь|

представляют сплавь|

циР-

кония

с молибденом. 3ти

сплавь| имеют вь|сок}'!{)

прочность

при

комнатной

температуре

(табл. 93)

сохраняют

умеренную

прочн0сть

при

п0вь]шен-

нь|х температурах

(табл.

94 и 95).

(ристаллгл-

ческая

структура

/-циркония

может быть.

сохра-

нена при

комнатной

температуре

3акалкой

сп.,_1а-

вов

цирк0ния

молибденом'

содер)кащих

более

9 вес.

о/'

молибдеча

[30].

}то

позволяет предпола-

'7аблшца

йеханические свойства

при

растяжении

с-отожженнь|х

сплавов

циркошия1

при

650"

{]редел

ген]д.ести

Фгноси_

]

тельное

9!1линение

на

101

|сю 200 3ш]

400

500

7етвператпурв''Ё

Ф и г. 240.

8лиянпе

'е*,ера'ур",

на

механическ|.1е

свойс;гва

при

раст'0кении

сплава

||од|цного

циркония

с 2,5 вес.о/,

олова,

полученного

дуговой

пенгл

[11,14].

.._

предел

прочности

;

прелел

текучести при

остаточной

в9фрл:ации

о,2%

относит9,]пь|{о€

удлинение

на

образце

5$,8

лц.т*

;

от'1ос.1'-''ъ;#1:"енйе

при максимальной на-

7'облаца

.1}1еханические свойства

при

растяжении

с-отожженных

сплавов

циркония

при 500'

(сстаточ_

||редел

прочности

при

рас_

тя)кении'

к2|мя'

Ёая

де_

| ф(рмация

\:,2%\,

'е!ллц"

|прелел|- !о'''",-

| !текучести|

|!редел

! тельное

:Анализ

цирконие-

(остаточ-

прочности

| удлинение

вого сплава,

ная

деФор_|

при

растя_|

!лаобразце

вес.

:о

""'1|

! ::г:}' |

эв,+',м:а,

]

|2ь]1:*,

метод

плавкн

основа

сплава1

Анализ

циркониевого

сплава'

вес.

9''

0,6

€о

0,7

Рс'

0'6

!г19

2,3 !н!.х';

5,| шь

0,5

0'3

А9

9,7

?а

5'4

ть

5,0 5п

!0,3

17,3

6,1

3,0

4,3

6,1

7,9

5,6

4,1

9,0

| !,5

7,2

12,5

5,6

6,.7,

25,6

38,3

10,4

7,о

12,2

13,5

18,0

15,2

12,о

12,5

24,5

17,8

24,3

9,б

15,з

образце

25,4 ян,

;

0,8

А1

.... .

2,0 А1

.......

4,7 Рь

...

.. .

0,9 йо

1,8

х|

.......

|'6

хь

.....

5,9'[а......

2'5$п......

-1'8

$п

......

8'0

т'

... ..

. .

15,7

),4

14,9

21,0

5,5

13,5

16,2

|0,3

ю,1

20,4

24,4

32,4

21,8

9оо

10,1

18,0

'э4

13,4

29,5

3|,6

з0

и-к

|{-к

д-к

и-к

-;т1'говая

плавка

;

}|1]дукц[{онная плавка

;

Ё(

1!;1 1)с|1()вс

кр|1ст;|-']]!11(!еско1'0

]|рутк0вого 11ирк0ния^

18се

сплавьг

получень|

^1етодом

г:ндукцгаонг:ой п.'1а5к!'(

на

0с}|ове

губча'гого

циркон|1я.

}.-_

г.'1.

10.

/11вх..\|"{..'1ч]':с!(|-!{;

свойствА

ц|,1Рк0н}4я

14 [.-\-о

сг].;1Авов

1'{11Б,

1|10

сп.]1;|вь!,

с-0;1с|))!(:|1]{]1с

мс1|ь1|]с

|) ьес.||о

11(,,||1бде]|а'*м0гут

бьлть

с\':т1естве]{|!о

уп|]оч||е}{ь1

:]ака.]]к0|]1. .(ействите]!ь!]0

уст;1}]ов.]!е}!0'

1{т0

сп'|а-

,]ы'

с0/1еРжащие

мо./]иб;1сгт'

ста:ловятся

||е0бь[чг|()

твердь!}1и

проч}!ь|.]у1и

пос:1е

за!(а.]]к|{

и3

р-области

$аб:т.

92 и

|02).

Бесьма

вь!сокие

з!|21че}|ия

твер-

д0ст'{

.]1остигались

т;1ю.ке

в сп.,]авах

тита||а

мо-

б]{е

| !0;\1

из0термичес(и;т1

€в!а

ще|

и ем

-т

ит ат; а

при

те]\/1ператуРах

0кол0

500.

[31].

Бозмо>кт:0,

по-

добныр]

пр0цесс

м0}кет

пр0исход;ть

!.| в

сплавах

циРко}{ия

молибде1|0м.

ебо.л:ьш:':е

до

бавки

т'1!та1!а

}(

ц]'1

|(0|;и|о

(ме! |

ь_

ше

вес.

оА)

обладалот

нез|{ачите.,|ь1{ь|м

эффъктом

упрочг|ения

;

0че}|ь вь|с0кое

упроч1]ение

д0стига-

л0сь

в пределах

вес.

т!,|тана

[26],

как

п0каза}{0

на

фиг.

241.

Антерес}!о'

что

облас1ь

со-

став0в'

которог!

д0стигались

вь|с0кие

прочн0сти,

с-00тветствует

области'

|(оторой

/_фаза

может

бь:ть

сохранена

этих сплавах

закалйой.

3то по-

казь1вает'

чт0

вь|сокие

значения

прочности

спла-

вов

этй группь|

могут

бьтть

связань1

с замедле-

*лием

$-о_превращения'

вь|3ванн0го

добавког-т

легирующего

элемента.

'(ругие

сплавь|

этой

груп-

пы'

вероятно'

также

могут

бьлть

упроннень|3акал-

кой

из

!-области,

но

д0

наст0ящёгс!

времени

толь-

ко

хром0вь|е

и-урановь|е

сплавы

наряду

с тита_

н0вь|ми

и молибденовь!ми

сплавами

пока1али

спо-

собность

сохранять

после

закалки

хотя

бь:

неко_

т0рое

количество

/-фазь:

[30'

з2]

4ри

комнатной

температуре.

(ак

п0казано

табл.

93,

многие

э.,1ементь!

этой группь[

заметно

упрочняют

цирко-

ний

уРи-л!бавке

количествах

меньше

ве€.оА.

17иобий

и тантал

упр0чняют

цирконий

п|-и

п0вь|ше}!нь!х

температурах

количествах

до

тзес.

о|

[49].

€ходство

этих

:\1€??-'1.]1ФБ

с молибдено'тт

||авод|,|т

]1а

!!1ь|сль'

что

этих €Р!€?8;\12{,

вер0ятн0'

такя{е

имеются

сплавь|,

способг:ьле

подвергаться

терлтообработке.

|1ри

испь]таниях

при

койнатной

те}1пературе

сплава

\3о/, ниобия

бь:ло

обнару-

же|{о'

что'

к0гда

движение

1шпинделя

ма1пинь|,

тем

са]!1ь|м

деф0рмация

образца,

бьтло

остановлено'

т'ла

б-пюдала

сь

ела

ксаци

я'

11вшаяся

умен

ь1

|шени!{

т]апря}кения

[2т].

Бе:-тл.:чина

этой

релакса-

ци!{

!|ах0дилась

логарифмическо;]

зависимости

от

вреп1ени.

(огда

испь!тание

бь:ло

возобновлено'

на

кривой

напряжение-деформация

п0явились

1,-,'о

щ'дк"

текучести'.

€пла вьт

ци

ко

ий

торий

циркони.й

-уран

представляют

интерес

из-за

ядер_

т:ьтх

свор1ств

этих

легирующих

элемент0в.

йеханй-

ческие

свойства

этих

систе.\{

сплавов

бьтли

недо-

статочн0

изученьт'

но

свойства

некот0рь|х

сплавов

п0ка3ань!

в табл.

93.

Ёеп,геталлическими

легир\|ющими

элеме]|та;|1!!'

обттаруженнь!]!1и

цирко}{ии'

являются

кислор0д'

в0дород,

аз0т,

кремний

углерод.

Фбьтигто

прёоб-

::1{,.-1вредн0е

влияние

этих

эле}{ент0в

на

цирк0-

н]'|й.

некоторь|е

исследовате':]и

[4,2\,33,

34]

ука-

3ь!ва|от'

что

кислор0д

сильт!0

влияет !!а

упр0ч[{е-

1{!,!е

ц|{Р1(о!||';'{

п1]]1

:<опт::;::.л

той

тс]1'1с|);:1.у|]с'

]1()

]

1|а1\1-! {0т^о

лш|{ее

эффрктивег{

при

темп

е|][|турах

1}ь|_

ше 300".

Ра

фиг'

242

показаЁо

излтетзе1л!{е

|]Ре;1сл;!

{

ь84

3то

а56

\ц2

-{.1о

_1,

100-*-д-..--!-*-

1'0

6о 7о

€о

0 е

рж

а н

ое

тп а

тп

а н

а'

ес-'|

0,2"|.02

7.шь

шь

т0

о,т%тв

1а

Ф лц г.

24|.

!!1еханическ:.:е

.свойс1ъа

лр|1

растя)кени|{

сплавов

ц|!ркония

с титанол{'

3акаленнь|х

в воде с

950.

[26].

предел

прочности

прецелтекучести;

относите-:ьное

удлинен|{е

на

образце

50,8 ял:.

371

ц2

::]

,,1

!ц[

€

{

7етосперагпу

ра,"Ё

Ф тл г. 242. Б-пттян:те

те|тпературь|

на

предел

прочност].г

пр|.|

растя)кен!][|

легированного.-и

нелег1]рованного

[::ир_

т<ония

|4].

8верху_ширконий

н!{зким

содер)канием

тафн-ия

;

внизу-

цирко-

вий

с высоким

содёр>канием

га6ния.

288

мвтАллуРгия

циРкония

прочн0сти

температур0й

испь|тания

для

нелеги_

р0ванн0го

цирк0ния'

ряда

сплав0в

на 0снове

твердь|х

раств0ров

заметт1ения

двух

сплавов'

содер)1(ащих

кисл0род.

йеханические

свойства

сплав0в замещения

снижаются

температу-

рой

понти

параллельн0

п0ни}1(ению

механических

3''5

35'0 з8'5

ре

ел

роо

н о стпц

о ко!4

|п

н о й п

лт

7)а

тп

ое,

п е

/,тл

ла

Фтцг. 243.']!1еханические

свойства пр|{

растя)кени1{

ц}|ркониевь|х

сплавов

при_-цомнатной

температуре

лрп 2Ф"

|4).

цирконий

'""':"-;?}

"ъ"Ё"?,ж###

;:в:#.'

циркониг1

св0йств

нелегированного

циркония'

в т0

)ке

вре]\{я

пр0чность

сплава'

содерх(ащего

кисл0р0д'

сни-

}(ается

с температурой

зяачительно бь:стрее.

3то

пока3ано

так)ке

на

фиг.

243, где

для

сплав0в

эле-

ментов,

образующих

твердь[е

растворь|

3амеще-

ния' механические

свойства

на

растяжение

при

комнатной

температуре

прямо

пр0порциональнь|

механическим

свойствам при 260",

тогда

как

для

циркониевь|х

сплавов,

содер)кащих

кисл0род,

наблюдались

3аметнь!е отклонения.

||рининьл

более

вь|сок0го

температурного коэффициента

пр0чн0сти

в случае

добавок

кислор0да

еще неиз-

вестнь1 и являются

предметом

дальнейтших

ис-

след0вании.

|1звестно

[21],

что в0дород

в обь]чн0

при-

сутствующих количёствах

0казь1вает

небольтшое

влияние

на пр0чн09ть

цирк0ния.

Фднако

при

тем-

пературах }1(идкого азота

пластич}|ость

цирк0ния

]\10}кет

бьтть

уАвоена'

если вод0р0д }]ах0дится в

раств0ре

[2]'

по

сравнению

с пласт!1чн0стью со-

с'г;1реннь|х

с..лбразцов,

к0т0рь1х

в0д0|]0д вь!дел|!.]|-

ся в

форпте

гидридг{ь1х чешуек

(фиг.241).

|1ри

ко,тп-

тта:тной

температуре

аналогичнь}е' ||о

},1енее

резко

вь!ра}кег1нь1е

явления

наблюдал:ась на

образцах

!1изким

с0дер}канием в0дор0да

(0'0005о/").

Азот

[11]

является

весьма

эффектггвтлой

добав-

т;ой:

0т|{0шег|ии

упрочнения

циРк0111[я

при

ко1}1-

тл;тт:той

те}1пературе'

}|о

0н

т10чти |'1е

0казь!вает

!},1!1я|!ия

при 260". 3то

указьлвает

1|а т0' чт0

/\ля

.!:|()та

так

и(е,

[(]!( 14

}\]\'|

к}1сл0рс)/(а'

те'\1пер;1тур-

А.^',''"'

о.о'/" нь

^./

';{:/"';;

у5,0"ь5п

о'э'/"нь

с0,4"|.т

о,0в.|,0'''

,/о'з"ь

т"

0'2'/'

0е

й,а"ьт,

./'о'е7.то

ный к0эффициент

изменения

ме){ани9€сцц1

св0йств

при

растяжении

их сплав0в

циркониец

м0жет

бьтть

вьттше,

чем

для

нелегированн0го

цир.

к0ния.

9становлен0,

что кремний

[20]

0чейь

сильн0

влияет

на

упр0чнение

цирк0ния

как при

комнатной

температуре'

так

при

650'.

[4змене.

ние

с0держания

углер0да'

п0-видим0му'

мал0

влияет

на

пр0чн0стнь:е

свойства

цирк0ния'

так

как

углер0д

п0чти

нерастворим

в тверд0м

л{иР-

к0нии.

1ройньпе

сплавь[.

|!о

изуиению

пр0чн0ст}|ь]х

свойств

тр0йнь|х

спла!0в-

бь1ло

пр0ведено не-

много

исследований.

Ёеобходимо

учить|вать'

чт0

даже

двойнь]е

сплавь|'

приг0т0вленные

на осн0ве

губчатог0

цирк0ния'

фактияески

представляют

с0б0й

тр0йнь|е

сплавь1'

к0торь1х

третьим эле-

мент0м является

кислород'

0казь|вающий

значи'

тельное

вл!4яние

на

пр0чн0стнь|е

св0йства

этих

сплав0в.

(ак

показан0

на

фиг.245,

нелегирован'

ная губка

из-за отн0сительн0

вь1с0кого

содержа_

ния кислор0да

ней

характери3уется

значитель_

нь|м изменением

предела

пр0чн0сти

температу'

рой,

подобт{0

сплавам

на осн0ве и0дидн0го

цир'

кония'

с0дер)кащим

кисл0род

[4].

€плавьт'

с0дер'

жащие

ол0во'

п0казь|вают

вь|с0кий

или

низкий

температурнь:й

коэффициент

прочности

в 3ависи'

!ц0сти

0т того'

что является

осн0вой

сплава

губчать1й

или

иод|4дньтй

цирконий.

1аким

обра'

зом, это

ука3ь|вает

на

то' что влияния

кисл0р0да

третьег0

элемента

тройнь|х

сплавах

циркония

аддитивнь|,

по

крайней

мере

в пределах

0тноси_

тельЁо

небольшого

температурного

интервала.

Ф иг.

244.

8лияние

термообработки^на]тр0чность

прп

растя>кён::лл

ц[|ркон||я'

содер)кащ€го

_0,0035

вес.,/'

воАо-

рода'

при

_196'

[2].

верхн}!й

обра3ец

бь:л отоь()кег:

в тече|{ие 3

час. в вакууме при

460"

и ц]хлах<ден

с печью.

ни}кн}1й образец бь|л ото)к}кен

в течен}|е

нас. при

4Ф0'

и закален

охла)кденном

льдом

водном

растворе

поваренйой

со.тг:.

.('ругие

характеристики образцов следу}ощие:

24,5

2,'о

17,5

1ц,0

Фбразегг

!----

|[Берхн*:;а

н',*''я

предел

текучес_

(ит

о0,:),

ке

|лс.+с'

5,9

22,9

[редел

|]Рочно-

сти'

ке

лслв'

4з,9

54,з

2з'4

53,9

Равно-

мер|!ая

деформа-

цАя'

Фтноси-

тельное

су}кение

попереч-

ного

се-

зення'

24,о

64,о

|+1*!!";;+д;',11;116'16

__1.__,. _.__

гл. |0. мвхАничвскив

свойствА

циРкония

и его

сплАвов

289

8ообще

говоря' прочность

всех

сплавов

на

.0сн0ве

циркония

довольн0

быстро

уменьшается

йеличением

температуры'

как

показано

на

фиг.

1цэ-эць

в табл.

95.

8лияние температуры

на

сплавы циркония

легче всего

обнарух(ить

пу-

тем

!т3меР€ния

твердости. 3начения твердости

ра3-

личных

сплавов

циркония

в горячем

состоянии

оассматр!4ва

л14сь

в ыше. 14зв естны н

екоторые

да

}ые

механических

свойствах при

достаточно

высоких

температурах'

которь[е

приведены

в табл.

!]1я

температур 980

и 1200"

[36].

Фтменается,

'{19еАелпрочностп

пр|{

растяж€нип

пласт

":ж"":2

9810

1200' сплавов

на

основе

цирконпя'

полшенншх

дуовой

пэц| в атпофере гел[{я'

других

сплавов

[35'

36]

2в

1ц

Ф.)

о|

Ф,

х-

о-

€з

спекгральянй

а,1а''[х'

в''!ава''ф.

уо'

![редел

прочности при

равя>квнв,

ке|лл|

,393,"а

7,1

!у1о

|4рмо

3,7

€г

4,4у{

8,1

\г.

!9,7.шь

19,6

"а

Ф,3?а]

!,.вй9

74/ !'!|о

3,4€т

9),8

€г.

3,6ш'

?,3

\у

!8,6у

14,5у

1,69

'.2191

'2э9,|',^

?';Ав

2,17'

3р

2,86

|'16

8'&

|;зз

.о;53

'ц94.

0'ю

ц13

1,03

1,53

0,112

0,1(ю

5,55--{,09

1,23-1,27

5,1м,63

нто

вольфрам наиболее

ффекгивен

улучшении

свойств

как

при низких'

так и

при'повь|шеннь|х

теп1пературах

(фиг.

25|).

удАРнАя

вя3кость

.&1еталлы,

п0глощающие

небольшие

количества

энергии

при низких

температурах

при испьпании

надрезанного

образца на

ударную

вязк0сть'

00ь|чно

погл0щают

больгшее

количеств0 энергии

п0вь|шением

температурь[.

?акое |8менение

ха-

ракгера

разру|шения

от хрупкого

вя3кому мо-

жет

происх0дить

коротком

или

длинном

темпе-

ратрном интервале. ?емперацру перехода часто

0пределяют

как

температуР}, пРи

которой коли-

200

7емпертпура''6

Фцг. 245.

8лияяие

температуры

на преде.,] прочности

при

растях<ении тойньп<'сп1а;д

шщког1ий_гщодород-

субчатып

цирконнй

5о/ олова;

губчать|й

циркония

ё 2}5уо

олова; 3

иодидншй

цирконий

0'ш%

кнс.гпорода

;

губчатый

цирконий;

иодидншй

цирконнй

с 5%

фова;

иодиднь|н

цирконий

с 2'5уо

олова

поА}1А1цп

цлрконий.

чество

энергии' поглощенной

при

}АаРе,

находит-

ся

ме)кду

н|{}ким

'высоким

п0ка3ателями

удар-

ной вязкости. Б последующем

описании

испыта-

ний

на

ударную

вязкост;

в настоящемра3деле

тер_

мин

(температра

перехода'.применяется

именн0

в таком понимании.

||ри

испь|таниях на

ударную

вя3кость

циркония

и его сплав0в п0чти

во всех

слг{аях

применялись

образцы

7-надрезом

п0

[|!арпи.

[|ирконий, полренный

обычным способом,

путем

обработки м0жно

довести до

такого

с0-

стоян14я'

что

он булет

0бнару)кивать

н|*}кую вяз-

кость

при испытании надре3анного

образца

на

удар

при

комнатной

температре' поглощая

менее

2,07 кела

энергии.

?акая низкая

ударная

вязкость

не создает

затруднений при

обработке металла,

по-видимому'

благодаря его

хорошей

пластич-

ности (см.

вь:тше

ре3ультаты

испьттаний

на

растя-

)|(ение

и сжатие).

(оличество

поглощаемой при

ударе

энергии

)величивается

по

мере

повь|1шения

температуры испытан1,1я,

дост\4гая

значений п0-

рядка

кем

при

температурах вь:ше 230'.

йадж

[37] установил,

что

цирконий

после

за-

калки

в воде

температуры

вь1ше

315" становится

более вя3ким по показаниям

испь|тания

надрезан-

ного

образца

на

удар.

А,1еталлографинеское иссле-

дование

показь|вает,

что

наличие хрупкости

или

прочности

на

удар

(вязкости)

свя3ано

с присут-

ствием

или

0тсутствием второй

фазь:.

Рентгено-

структурнь!й анализ

и анализ

методом

вакуумной

|2Ф.

20,4

ш0

'ж

114

!16

112

109

131!

1311

з8

Фй|1ё*:тёль_

ное

уд'!и}|ение

на

о6разце

з5,4_

2Ф

мвтдллургия

циркония

переплавки (вапуумной

экстракции)

выявили,

нто материала'

предварительная

термообработка

я }

такой

второй

фазой

являетея

гидрид

циркония.

содер)!(ание водорода

которого

хорошо

известны.{

Ао

серешаны

1952

г.

на

содер)кание

водорода

3а ис:о:ючением 0тдельно оговоренных

слунаев,

]

различных

соРтах

циркония,

та1о|(е и на ско-

все образцы

приведены в состояние

наибольше{'!

рость

ох.,1аждения с

температры пред|шествг

хрупкости'

1. €. мед]|енно охлах(дались

с темпе-

{

ющей

термообработки обращалось мало

внима-

ратуры

выше 315'.

ния.

?еперь' однако'

к}вестно' что эти

фапооры

оказывают

влияние

на

ударную

вя3кость 14

Ёлцян||етеппер8туры.

ударная

вязкость

над-

пластичность

циркония

при

н|вких температшах.

ре3анного

образца

циркония

обычной чистоты

из-

8 следующих

ра3делах

данной

главы все х;|рак-

ц9цяцся

температурой'

как пока3ано на

фиг.

теристики представлены по

вцзможност,ц

л]тя

?16.

!дарная вязкость |1лавленного

А}гово!

печи

иодидного

циркон14я

14 влпяние на

нее

при_

меси водорода

пока3аны

[чривымп

уп 3. Результа-

ты испытаний

губнатого

циркония'

полученного

йетодош инду|щионной плавки (содержание

водо-

Рода

нек}вестно),

представлены

кривь!мп

Различие мех(ду

угици

друмя

кривыми, по-види-

щоми

отражает

разнш|у

в содер}|(ании

примесей.

9вевидно, качество исход!!ого шатериала

метод

плавки

влияют

на

удар|!}/ю

вя3кость

циркония.

]

!/дарная вязкость

по

[|!арпи пластинЁ

иодид-

]

ного

циркония

после

лровой

плавки'

горя_

1,2

{|о

А'

*о

с'^

1-о

[

пей прокатки

и отжига &}метно

колеблется

[37] ,*

о!-

-?ю

-10{,

в 3ависимости

от

ориентации образцов и

надреза'!

относитёльно плосйости

и напраЁления прока|ки,

!с!к пока3ано

на,.фдг'

2.47.

Фтттечается

высокая

ударная

вазкость

цирконш!

при н|вких

темпе-

;

ратурах.

(ирконтлй

яв,,иется одним

из немного_

]

чпсленных

метал'{ов

]ё

гексаго.налБной

решеткой,

]

ш{еющих

высощ.ю.

уларную_вязкость

(примерн0

;

6$'1'сд)-при

.п|щих

н}вкпх

темцератур1х'

как

]]195';

Аругие

цефлшды

гексагоцальной

решет-

кс!й,

напрйер |т:а!"'ниЁ,

бериллий йцинк, при низ-

5ч-{:"

т9ччерачРа-ь-.ишеш-

уд3Р-ную'

вязкость !

йёйёе \'38

кем'.

-{,{Ё.'

''''']|

Фиг.

7вмперапура,"Ё

Фпт.

241. 8лияние

располо)|(ения

оси

образца отно_

сительно'

направления прокатки

исходной

3агоговки на

ударную

вязкосгь по [1|арпи

д.,ш1 циркони'|

с нк}ким

содер)канием

гафния,

плавленного

дровой

печи' го-

рячекатаного

(по)к)кенного

[37].

попеРек

направле|.''я

прокатки;

полерек направления

прокаткв

;

вдоль

ваправления

прокатки

;

вдолБ направ_

лев}1я

прокатки.

"Ё!'!йпе

прпш6эЁ1'ё)'

8о0оро0.

Ббдород ооыч_

]

нб присутствует

как

в иод|{д!!ом' так и в губчатом

|1ирконии

колш!ествах

более 0,003 вес.

оА,

процёссе

обработки

,}1огут вводиться

даже

боль-

шие

количества.

!}та

примесь

очень

сцльно

влц'

яет

на

ударные

свойства

циркония

(при

испьлта-

ниях обра3ц0в

с надрезом)

[37]'

как

п0казано

на

фпг.246

(кривые

2 и 3)

д'|я

циркония,

содер)!(а-

щего

0,0031

и 0,0Ф9

вес.

о/'

водорода, и

на

фиг.

248

муя

сплава' содержащего

1,5

вес.о/. олова'

различнь|м

содер}канием водорода.

.[обавка

толь-

ко

1,5

вес.о/' ол0ва

не влияет на

ударную

вяз-

кость

цирк0ния'

как

это

дополнительно

рассмот-

рено

ни)ке.

б)

Азоп.

Азот

присутству_етв

цирконии

обьтч-

ной-чистоть[

количествах

)шенее

0,01

вес.

о/'.

Бьгло пока3ано

[11],

тто

увеличение

с0дер}(ания

азота

до

0,14

вес.

о/,

снижает

ударну|о

вязкость

образца

с надрезом

при

комнатной

темпер^цре

повь|шает температуру

перехода.

€одер>кание

водор0да в таких

сплавах

цирк0ния

аз0том

не

бьлло

устан0влено.

Ёга

Ё''

!о

3о

о.

.в4