Циркония сплавы
ЦИРКОНИЯ СПЛАВЫ. Осн. легирующие
элементы - Sn, Cr, Nb, Сu и Мо, содержание к-рых не более 1,5-2,5%; в отдельных
циркония сплавах в небольших кол-вах присутствуют Fe и Ni, к-рые как примеси при выплавке
циркония попадают из цирконовой губки. Циркония сплавы характеризуются высокой кратковременной
прочностью (300-450 МПа, 300 °С), высоким сопротивлением ползучести (при
350 °С и
200 МПа скорость ползучести
0,4
x 10-4 %/ч), коррозионной стойкостью при 300-350 °С на воздухе,
в О2, СО2, Н2О и водяном паре, орг. и
жидкометаллич. (Na, К, Pb и др.) теплоносителях; по нек-рым теплофиз. св-вам
(тепло- и температуропроводность, термич. коэф. линейного расширения и
др.) превосходят аустенитные нержавеющие стали. Обладают высокой радиац.
стойкостью, низким поперечным сечением захвата тепловых нейтронов (~ 0,18
x 10-28м2); совместимы (не взаимодействуют) с ядерным
горючим (U, его сплавы с Mo, Nb и Zr, а также UO2, UC, U3Si
и др.).
Основа циркония сплавов - твердый р-р легирующих элементов
в a-мо-дификации
Zr с гексаген. кристаллич. решеткой, устойчивой до 863 °С. Примеси, образующие
твердые р-ры внедрения (N, О, С и Н), отрицательно влияют на технол. св-ва
(обрабатываемость давлением), коррозионную стойкость и эксплуатац. св-ва
циркония сплавов; содержание их ограничивают жесткими пределами (напр., содержание
N
0,006-0,008%).
В отдельных циркония сплавах допускают присутствие 0,1-0,15% О, к-рый можно считать
легирующим элементом, упрочняющим
-Zr.
Циркония сплавы типа циркаллои используют в холоднодеформированном, частично или полностью рекристаллизованном состоянии. Отдельные циркония сплавы [Zr-Nb (2,5%), Zr-Cr (1,2%) - Fe (0,1%) и др.] для повышения прочности и сопротивления ползучести подвергают закалке и отпуску.
В процессе работы циркония сплавы взаимод. с Н2О и водяным паром, что приводит к их наводороживанию с образованием ZrH2; при этом повышается прочность сплавов и снижается пластичность (на 70-80%). наиб. изменение мех. св-в наблюдается при увеличении концентрации Н2 до ~ 0,08%.
Мех. св-ва циркония сплавов изменяются также под действием нейтронного облучения; при этом происходят снижение пластичности на 35-40% и рост предела текучести при растяжении (остаточная деформация 0,2%) на 50-100%. Макс. значение предела текучести, близкое к значениям кратковременной прочности, наблюдается при облучении потоком нейтронов плотностью 1021 см-2. Нейтронное облучение увеличивает скорость ползучести и резко снижает ударную вязкость циркония сплавов, повышая их т-ру перехода из пластичного в хрупкое состояние, особенно при небольших концентрациях Н2. Так, при содержании в сплаве 0,002% Н облучение повышает т-ру перехода на 100-200 °С, а при 0,02% Н - на 50-200 °С; при этом критич. т-ра хрупкости может оказаться на уровне рабочих т-р циркония сплавов в ядерных реакторах (300-350 °С).
Циркония сплавы - конструкц. материалы активной зоны ядерных реакторов; из них изготавливают оболочки твэлов (срок службы от 1,5 до 6 лет), детали тепловыделяющих сборок и технол. каналы (срок службы до ~ 30 лет) энергетич. ядерных реакторов на тепловых нейтронах с пароводяным теплоносителем. Циркония сплавы можно использовать в активной зоне ядерных реакторов на тепловых и быстрых нейтронах с жидкометаллич. или углекислотным теплоносителем, работающих при т-рах 500-550 °С, а также как матрицу для диспергирования соед. U в сердечниках дисперсионных твэлов.
Лит.: Займовский А.С., Калашников В.В., Головин И. С., Тепловьщеляющие элементы атомных реакторов, М., 1966; Ривкин Е. Ю., Родченков Б. С, Филатов В. М., Прочность сплавов циркония, М., 1974; Займовский А. С., Никулина А.В., Решетников Н.Г., Циркониевые сплавы в атомной энергетике, М., 1981.
А.М. Захаров.