Металловедение циркония

Дуглас Д.(Douglass)

Атомиздат, 1975 г.

ПОГЛОЩЕНИЕ АЗОТА ЦИРКОНИЕМ

На взаимодействие циркония с азотом по сравнению с окислением фактически не обращается внимания. Две ранние работы Гульбрансена и Эндрю [716] и Дравникса [717] были проведены двадцать лет назад на металле с большим количеством примесей (по сравнению с требованиями на сегодняшний день). Авторы обнаружили, что взаимодействие подчиняется параболическому закону при температурах от 400 до 1050°С, а скорость реакции не зависела от давления. За время, прошедшее после публикации этих работ, по-видимому, появилось только одно исследование Роза и Смельтцера [718].

Последние определили кинетику взаимодействия циркония с азотом при температурах 750—1000°С. В целом процесс взаимодействия с азотом подобен окислению ввиду очень высокой растворимости азота в металле. Взаимодействие включает растворение значительного количества азота наряду с образованием пленки. Кинетика взаимодействия с азотом описывается параболическим законом при температурах как выше, так и ниже температуры α — β-превращения. В случае взаимодействия в α-области поведение описывается диффузией в двухфазной системе, а в β-области в процессе участвуют три фазы (азот стабилизирует α-фазу, что приводит к образованию широкой области α-фазы, между нитридом и β-матрицей).

Продуктом реакции взаимодействия с азотом был нитрид циркония. Поскольку толщина нитрида по сравнению с толщиной зоны растворения азота меньше, следовательно, К_Рдля образования нитрида значительно ниже К_Рдля растворения азота. В самом деле, при 1000°С 84% общего количества прореагировавшего азота было растворено в металле.

ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ВЫДЕЛЕНИЯ В СПЛАВАХ

Окончательное расположение микроструктурных составляющих сплава определяется в основном предысторией образца. Диаграмма состояния не описывает морфологию составляющих даже при достижении равновесных условий. В большинстве случаев высокотемпературные фазы могут быть зафиксированы в метастабильных условиях при температурах ниже критической; однако через достаточно большой промежуток времени метастабильная фаза распадается или непосредственно на равновесные фазы или образуя другие метастабильные фазы. Многочисленные системы сплавов подтверждают это явление, причем мерой явления служит аллотропическое превращение в чистом металле или превращение в промежуточных фазах. В циркониевых сплавах происходят самые различные превращения, исследованные для ряда систем сплавов. Результаты исследований обычно представляются в виде С-об-разных кривых, хорошо известных для сталей. На этих кривых, как правило, отмечены области, где имеются продукты атермического и изотермического распадов. Ниже оба класса превращений будут обсуждены отдельно, но на приводимых кривых нанесены оба превращения.

7.1. АТЕРМИЧЕСКОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ

Кубическая модификация циркониевых сплавов с ОЦК-решеткой распадается в большинстве сплавов с образованием мартенситной структуры, обозначаемой а' либо ω, или с образованием сразу двух этих фаз. -Мартенситная структура имеет искаженную гексагональную плотноупакованную решетку и является пересыщенным твердым раствором; ω-фаза, некоторые детали которой уже обсуждались, имеет простую гексагональную решетку с отношением с/а^0,62. Обе эти фазы распадаются при нагревании ниже температуры стабильности исходной β-фазы, а выше этой температуры переходят в β-фазу.

7.1.1. Мартенситное превращение

Мартенситное превращение характеризуется температурой М₈,соответствующей началу превращения при охлаждении. Эта температура зависит от состава сплава и обычно снижается с увеличением концентрации легирующего элемента в β-фазе при образовании твердых растворов замещения, а при образовании твердого раствора внедрения температура M_sможет как снижаться, так и повышаться. Число систем, для которых в настоящее время определена температура М₈,невелико.