Металлографические исследования сплава Zr1Nb
Проведены металлографические исследования сплава Zr1Nb на основе тройной шихты, полученного методом двойного вакуумно-дугового переплава. Показано, сплав Zr1Nb имеет однородную структуру по высоте и сечению слитка, что подтверждается измерениями твердости, микротвердости, структуры и микроструктуры....
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2006 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2006
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81437 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Металлографические исследования сплава Zr1Nb / И.Н. Бутенко, В.Н. Пелых, Ю.В. Тур // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 1. — С. 170-173. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859815966969430016 |
|---|---|
| author | Бутенко, И.Н. Пелых, В.Н. Тур, Ю.В. |
| author_facet | Бутенко, И.Н. Пелых, В.Н. Тур, Ю.В. |
| citation_txt | Металлографические исследования сплава Zr1Nb / И.Н. Бутенко, В.Н. Пелых, Ю.В. Тур // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 1. — С. 170-173. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Проведены металлографические исследования сплава Zr1Nb на основе тройной шихты, полученного методом двойного вакуумно-дугового переплава. Показано, сплав Zr1Nb имеет однородную структуру по высоте и сечению слитка, что подтверждается измерениями твердости, микротвердости, структуры и микроструктуры.
Проведено металографічні дослідження сплаву Zr1Nb на основі потрійний шихти, отриманого вакуумно-дуговою
плавкою. Показано, сплав Zr1Nb має однорідну структуру по висоті і перетину злитка, що підтверджується
вимірюваннями твердості, мікротвердості, структури і мікроструктури
The experimental data of researches of Zr1Nb on base triple charge, obtained by vacuum-arc melting. In this article show
that alloy Zr1Nb have homogeneous structure on height and to section of ingot, that confirmed of measurements of Brinel hardness,
microhardness and microscopic structure.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:22:04Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 699.296
МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СПЛАВА Zr1Nb
И.Н. Бутенко, В.Н. Пелых, Ю.В. Тур
Институт физики твёрдого тела,
материаловедения и технологий
ННЦ ХФТИ; г. Харьков, Украина
Проведены металлографические исследования сплава Zr1Nb на основе тройной шихты, полученного ме-
тодом двойного вакуумно-дугового переплава. Показано, сплав Zr1Nb имеет однородную структуру по вы-
соте и сечению слитка, что подтверждается измерениями твердости, микротвердости, структуры и микро-
структуры.
ВВЕДЕНИЕ
Металлургия циркония получила интенсивное
развитие после того, как цирконий стал основным
компонентом конструкционных сплавов для атом-
ной техники. Цирконий обладает рядом преиму-
ществ – малое сечение захвата тепловых нейтронов,
высокая коррозионная стойкость и др. [1]. Эти свой-
ства циркония в сочетании с хорошей совместимо-
стью с ядерным горючим, сравнительно высокими
технологическими свойствами (деформируемостью
и свариваемостью) делают его весьма перспектив-
ным материалом для ядерных реакторов [2,3].
Технологии циркониевого производства являют-
ся очень сложными и требуют специального подхо-
да, начиная от стадии очистки хлоридов или фтори-
дов циркония до выплавки слитков циркония или
его сплавов. Поскольку цирконий является весьма
активным металлом, то его плавка без загрязнения
кислородом, азотом и материалом тигля представ-
ляет собой сложную задачу [5]. Одним из наиболее
распространенных методов выплавки сплавов цир-
кония является вакуумно-дуговой переплав (ВДП).
В Украине разработана кальциетермическая техно-
логия получения циркония, включающая кальцие-
термическое восстановление тетрафторида цирко-
ния с последующей электронно-лучевой плавкой.
Цирконий, полученный по этой технологии, имеет
повышенное содержание кислорода, что существен-
но ухудшает его свойства.
Целью данной работы было проведение исследо-
ваний микроструктуры, микротвердости и твердости
сплава Zr1Nb, полученного на основе тройной ших-
ты методом двойного вакуумно-дугового переплава.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДО-
ВАНИЯ
Для выплавки опытной партии слитков сплава
Zr1Nb на основе кальциетермического циркония с
содержанием кислорода ≤ 0,1 мас.% использовались
электроды, состоящие из сплава КТЦ-110, йодидно-
го циркония, оборотов трубного производства и ли-
стовой ниобий.
Соответствующее соотношение составных ча-
стей сборного электрода позволило получить сплав
Zr1Nb с содержанием кислорода ≤0,09 мас.%.
Для проведения исследований слиток сплава
Zr1Nb, выплавленный методом двойного вакуумно-
дугового переплава, разрезался по высоте на тем-
плеты толщиной 10 и 25 мм. Схема раскроя слитка
показаны на рис.1. На темплетах толщиной 10 мм
были проведены исследования микроструктуры, ми-
кротвёрдости и твёрдости, а также содержания леги-
рующего элемента и примесей.
Для исследований микроструктуры и измерений
микротвердости вырезались образцы призматиче-
ской формы сечением 10х10 мм и высотой 10…
15 мм. Для приготовления шлифов вырезанные об-
разцы закреплялись в струбцинах и шлифовались
вручную на бумаге различной зернистости с посте-
пенным переходом от более грубого к более тонко-
му абразиву. Полирование шлифов осуществлялось
на кругах, обтянутых грубошерстным сукном, в ка-
честве абразивного материала применяли суспензию
из прокипяченной воды и фильтрованной окиси хро-
ма (100 г / 1,5 л воды). Окончательное полирование
выполнялось на кругах, обтянутых бархатом, с по-
мощью чистого бензина. Полировку проводили до
придания шлифу зеркального блеска.
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (15), с.170- 173.
170
Рис 1. Схема раскроя слитка
Просмотр и съемку шлифов из циркониевых
сплавов проводили на металлографических микро-
скопах в нескольких диапазонах увеличения. При
необходимости использовали поляризованный свет.
Микротвердость образцов измерялась прибором
ПМТ-3 при нагрузке 0,1 кг. Средний разброс при
определении длины диагоналей составлял 1…2 %,
погрешность при измерении микротвердости не пре-
вышала 5 %.
Твёрдость образцов по Бринелю измерялась на
приборе ТШ-2 при использовании шарика-инденто-
ра диаметром 5 мм и нагрузке 1000 кг.
Для выявления микроструктуры циркониевых
сплавов путём химического травления использова-
лись реактивы, состоящие из смесей с различным
содержанием кислот (плавиковая, азотная и др.) и
перекиси водорода.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Анализ структуры циркониевых сплавов показал,
что макроструктура темплетов слитка сплава Zr1Nb
после первого переплава (см. рис.2, а) однородна по
высоте и сечению слитка с незначительной разно-
зернистостью, наиболее благоприятная структура
формируется в середине слитка, отдельные зерна
ниобиевой β-фазы достигают 25…30 мкм в попереч-
нике.
В макроструктуре темплетов слитка сплава
Zr1Nb после второго ВДП (рис.2, б) наблюдалось
мелкое равноосное зерно размером до 6,0 мм, по вы-
соте были обнаружены вытянутые макрозерна до
12,1 мм.
Микроструктурные исследования сплава цирко-
ния после второго переплава показали, что его ми-
кроструктура состоит из пластин α-фазы, между ко-
торыми расположены прослойки ниобиевой β-фазы,
а также прослоек α-фазы, расположенных по грани-
цам β-зёрен. Исходные зёрна β-фазы очень крупные
и имели весьма большой разброс по размерам от
единиц до десятков милиметров. На рис.3 показана
микроструктура слитка циркониевого сплава после
двойного вакуумно-дугового переплава.
а
б
Рис.2. Макроструктура сплава Zr1Nb после первого
(а) и второго (б) вакуумно-дугового переплава
Измерения микротвёрдости и твёрдости по
объёму слитка проводилось на темплетах, выреза-
ных из сплава. Оценка распреленения кислорода по
диаметру слитка проводилась по набору данных
твердости.
Измерения твёрдости на шести слитках приведе-
ны в табл.1. Из нее следует, что содержание кисло-
рода в слитках практически одинаково. Значение
твёрдости по Бринелю на слитке №1 после второго
переплава в различных местах составляет 1380…
1410 МПа. Данные по микротвёрдости слитка пока-
заны на рис.3, из них видно, что кислород распре-
делён равномерно по всему объёму слитка. Одно-
родность и равномерность кислорода и легирующе-
го элемента (ниобия) подтверждается и химическим
анализом. Данные химического анализа привдены в
табл.2 (анализ проводился в центральной заводской
лаборатории ГНПП “Цирконий”, г. Днепродзер-
жинск). Результаты анализа показывают, что рас-
пределение содержания кислорода равномерно по
объему слитка и соответствует распределению по
твёрдости и микротвёрдости, а распределение дру-
гих примесей соответствует техническим условиям
(ТУ001.257-85) на сплав.
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (15), с.170- 173.
171
1_1; Нμ = 1430 МПа 1_3; Нμ = 1510 МПа
1_2; Нμ = 1930 МПа 1_4; Нμ = 1700 МПа
Рис.3. Микроструктура сплава Zr1Nb после двойного ВДП.
Обозначения под рисунками соответствуют местам вырезки образцов (см.рис.1)
Таблица 1
Значения твёрдости по Бринелю слитков циркония после дугового переплава
(первый переплав, Д=150 мм)
Место измерений Номер слитка
1 2 3 4 5 6
Верх темплета, НВ
(МПа) 1442 1380 1389 - 1335 1353
Низ темплета, НВ 1435 1407 1381 1393 1317 1362
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (15), с.170- 173.
172
(МПа)
Таблица 2
Химический состав сплава Zr1Nb после второго переплава
Элемент 1 темплет
(верх) 2 темплет 3 темплет 4 темплет ТУ 001.257-85
О2 0,07 0,09 0,09 0,08 0,06…0,1
Hf 0,008 0,009 0,007 0,008 0,01
F 0,003 <0,003 <0,003 0,003 0,003
N 0,005 0,0042 0,0058 0,005 0,006
C 0,0052 0,0055 0,0069 0,0062 0,02
Si 0,0044 0,0047 0,0039 0,0056 0,02
Al <0,001 <0,001 <0,001 <0,001 0,008
Ni 0,0035 0,0022 0,0023 0,0021 0,02
Fe 0,008 0,009 0,0083 0,007 0,05
Ti <0,002 <0,002 <0,002 <0,002 0,007
Cr <0,001 <0,001 <0,001 <0,001 0,02
Mn <0,0001 <0,0001 0,0002 0,0004 0,002
Cu 0,0004 0,0005 0,0019 0,0005 0,005
Ca <0,001 0,0011 0,0018 0,0024 0,03
Mo <0,001 <0,001 <0,001 <0,001 0,005
B <0,00003 <0,00003 <0,00003 <0,00003 0,00005
Be <0,0001 <0,0001 <0,0001 <0,0001 0,003
Cd <0,00003 <0,00003 <0,00003 <0,00003 0,00003
Pb <0,001 <0,001 <0,001 <0,001 0,005
K <0,001 <0,001 <0,001 <0,001 0,004
Li <0,0001 <0,0001 <0,0001 <0,0001 0,0002
Cl <0,001 <0,001 <0,001 <0,001 0,003
Nb 1,00 0,96 0,96 1,00 0,9…1,1
ВЫВОДЫ
Исследования микроструктуры, микротвёрдости
и твёрдости слитков после вакуумно-дуговой плав-
ки показали, что сплав Zr1Nb, выплавленный на
основе тройной шихты, имеет равномерную струк-
туру по объему слитка. Данные химического анали-
за показывают равномерность распределения кис-
лорода и легирующего элемента (ниобия), а содер-
жание примесей соответствует требованием ТУ на
этот сплав.
ЛИТЕРАТУРА
1. Д. Дуглас. Металловедение циркония. Под ред.
А.С. Займовского. М.: Атомиздат, 1975.
2. В.М. Ажажа, П.Н. Вьюгов, С.Д. Лавриненко,
К.А. Линдт, А.П. Мухачёв, Н.Н. Пилипенко.
Цирконий и его сплавы: технологии произ-
водства, области применения: Обзор. Харьков:
ННЦ ХФТИ, 1998.
3. А.С. Займовский, В.В. Калашников, И.С. Голо-
вин. Тепловыделяющие элементы атомных ре-
акторов. М.: Атомиздат, 1966.
4. Г.А. Некрасова, Б.Г. Парфёнов, Ю.В. Смирнов,
А.С. Пиляев. Производство циркониевых спла-
вов и технические требования, предъявляемые к
ним // Атомная техника за рубежом. 1978, №3,
с.17-27.
5. А.В. Циплаков и др. // Атомная энергия. 1984,
т.56. №3, с.131.
6. А.С. Займовский, А.В. Никулина, Н.Г. Решетни-
ков. Циркониевые сплавы в атомной энергети-
ке. М.: Энергоиздат, 1981.
МЕТАЛОГРАФІЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ СПЛАВУ Zr1Nb
І.М. Бутенко, В.М. Пелих, Ю.В. Тур
Проведено металографічні дослідження сплаву Zr1Nb на основі потрійний шихти, отриманого вакуумно-дуговою
плавкою. Показано, сплав Zr1Nb має однорідну структуру по висоті і перетину злитка, що підтверджується
вимірюваннями твердості, мікротвердості, структури і мікроструктури.
METALLOGRAPHIC RESEARCHES OF Zr1Nb ALLOY
I.N. Butenko, V.N. Pelykh, Yu.V. Tur
The experimental data of researches of Zr1Nb on base triple charge, obtained by vacuum-arc melting. In this article show
that alloy Zr1Nb have homogeneous structure on height and to section of ingot, that confirmed of measurements of Brinel hard-
ness, microhardness and microscopic structure.
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2006. № 1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (15), с.170- 173.
173
Таблица 1
Химический состав сплава Zr1Nb после второго переплава
Выводы
Литература
Металографічні дослідження сплаву Zr1Nb
І.М. Бутенко, В.М. Пелих, Ю.В. Тур
I.N. Butenko, V.N. Pelykh, Yu.V. Tur
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-81437 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:22:04Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Бутенко, И.Н. Пелых, В.Н. Тур, Ю.В. 2015-05-15T16:56:56Z 2015-05-15T16:56:56Z 2006 Металлографические исследования сплава Zr1Nb / И.Н. Бутенко, В.Н. Пелых, Ю.В. Тур // Вопросы атомной науки и техники. — 2006. — № 1. — С. 170-173. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81437 699.296 Проведены металлографические исследования сплава Zr1Nb на основе тройной шихты, полученного методом двойного вакуумно-дугового переплава. Показано, сплав Zr1Nb имеет однородную структуру по высоте и сечению слитка, что подтверждается измерениями твердости, микротвердости, структуры и микроструктуры. Проведено металографічні дослідження сплаву Zr1Nb на основі потрійний шихти, отриманого вакуумно-дуговою плавкою. Показано, сплав Zr1Nb має однорідну структуру по висоті і перетину злитка, що підтверджується вимірюваннями твердості, мікротвердості, структури і мікроструктури The experimental data of researches of Zr1Nb on base triple charge, obtained by vacuum-arc melting. In this article show that alloy Zr1Nb have homogeneous structure on height and to section of ingot, that confirmed of measurements of Brinel hardness, microhardness and microscopic structure. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Работы молодых ученых института физики твердого тела, материаловедения и технологий ННЦ ХФТИ Металлографические исследования сплава Zr1Nb Металографічні дослідження сплаву Zr1Nb Metallographic researches of Zr1Nb alloy Article published earlier |
| spellingShingle | Металлографические исследования сплава Zr1Nb Бутенко, И.Н. Пелых, В.Н. Тур, Ю.В. Работы молодых ученых института физики твердого тела, материаловедения и технологий ННЦ ХФТИ |
| title | Металлографические исследования сплава Zr1Nb |
| title_alt | Металографічні дослідження сплаву Zr1Nb Metallographic researches of Zr1Nb alloy |
| title_full | Металлографические исследования сплава Zr1Nb |
| title_fullStr | Металлографические исследования сплава Zr1Nb |
| title_full_unstemmed | Металлографические исследования сплава Zr1Nb |
| title_short | Металлографические исследования сплава Zr1Nb |
| title_sort | металлографические исследования сплава zr1nb |
| topic | Работы молодых ученых института физики твердого тела, материаловедения и технологий ННЦ ХФТИ |
| topic_facet | Работы молодых ученых института физики твердого тела, материаловедения и технологий ННЦ ХФТИ |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81437 |
| work_keys_str_mv | AT butenkoin metallografičeskieissledovaniâsplavazr1nb AT pelyhvn metallografičeskieissledovaniâsplavazr1nb AT turûv metallografičeskieissledovaniâsplavazr1nb AT butenkoin metalografíčnídoslídžennâsplavuzr1nb AT pelyhvn metalografíčnídoslídžennâsplavuzr1nb AT turûv metalografíčnídoslídžennâsplavuzr1nb AT butenkoin metallographicresearchesofzr1nballoy AT pelyhvn metallographicresearchesofzr1nballoy AT turûv metallographicresearchesofzr1nballoy |