Циркония сплавы

ЦИРКОНИЯ СПЛАВЫ. Осн. легирующие элементы - Sn, Cr, Nb, Сu и Мо, содержание к-рых не более 1,5-2,5%; в отдельных Ц. с. в небольших кол-вах присутствуют Fe и Ni, к-рые как примеси при выплавке циркония попадают из цирконовой губки. Ц. с. характеризуются высокой кратковременной прочностью (300-450 МПа, 300 °С), высоким сопротивлением ползучести (при 350 °С и 200 МПа скорость ползучести0,4 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 Ц. с.- 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 Ц. с.; содержание их ограничивают жесткими пределами (напр., содержание N0,006-0,008%). В отдельных Ц. с. допускают присутствие 0,1-0,15% О, к-рый можно считать легирующим элементом, упрочняющим-Zr.
Среди Ц. с. наиб. известны циркаллои (1,2-1,7% Sn, 0,05-0,15% Cr, 0,07-0,24% Fe, 0,007-0,08% Ni), оженит (0,25% Sn, по 0,1% Cr, Fe и Ni), а также сплавы Zr - 1% Nb и Zr - 2,5% Nb. Слитки Ц. с. выплавляют в вакуумных злектродуговых и электроннолучевых печах; полуфабрикаты и изделия (трубы, прутки, листы, проволока) получают из слитков методами горячей и холодной деформации с промежут. отжигами.
Ц. с. типа циркаллои используют в холоднодеформированном, частично или полностью рекристаллизованном состоянии. Отдельные Ц. с. [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 Ц. с. 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 Ц. с. 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 Ц. с., 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 Ц. с. в ядерных реакторах (300-350 °С).
Ц. с - 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. Ц. с. 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.