Фазові перетворення інтерметалідів та моделювання ядерних трансмутаційних ефектів у цирконієвих сплавах
Наведено результати моделювання ядерних трансмутацiйних ефектiв у цирконiєвих сплавах. Ядерна трансмутацiя в цирконiєвих сплавах призводить до еволюцiї мiкроструктури iнтерметалiдiв, яка пов’язана з перетворенням елементiв (Zr → Mo, Nb → Mo, Fe → Mn, Co, Cr → V, Mn, Fe, V → Cr). Цирконiєвi спл...
Збережено в:
| Дата: | 2012 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2012
|
| Назва видання: | Доповіді НАН України |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84409 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Фазові перетворення інтерметалідів та моделювання ядерних трансмутаційних ефектів у цирконієвих сплавах / М.О. Азарєнков, В. Г. Кiрiченко, О.В. Коваленко, С.В. Литовченко // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2012. — № 9. — С. 79-88. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-84409 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-844092025-02-23T17:57:12Z Фазові перетворення інтерметалідів та моделювання ядерних трансмутаційних ефектів у цирконієвих сплавах Фазовые превращения интерметаллидов и моделирование ядерных трансмутационных эффектов в циркониевых сплавах Phase transformations of intermetallides and the simulation of nuclear transmutation effects in zirconium alloys Азарєнков, М.О. Кіріченко, В.Г. Коваленко, О.В. Литовченко, С.В. Матеріалознавство Наведено результати моделювання ядерних трансмутацiйних ефектiв у цирконiєвих сплавах. Ядерна трансмутацiя в цирконiєвих сплавах призводить до еволюцiї мiкроструктури iнтерметалiдiв, яка пов’язана з перетворенням елементiв (Zr → Mo, Nb → Mo, Fe → Mn, Co, Cr → V, Mn, Fe, V → Cr). Цирконiєвi сплави отриманi методом електронно-променевої плавки з добавками Fe, Nb, Cr, Mo, V, Cu, Ta. Дослiдження фазового складу сплавiв проводилося за допомогою ядерної гамма-резонансної спектроскопiї. Було встановлено, що мiкроструктура модельних потрiйних сплавiв, що трансмутували, вiдрiзняється вiд мiкроструктури вихiдних сплавiв. Ця рiзниця визначається особливостями кристалiзацiї i фазоутворення у сплавах. У сплавах Zr−Fe основна частина атомiв залiза пов’язана в фазах Zr₃Fe i Zr₂Fe, у сплавах Zr−Fe−V i Zr−Fe−Cr − в змiшаних фазах Zr(Fe,V)₂ i Zr(Fe,Cr)₂, у сплавах Zr−Fe−Mo − в фазах (Zr,Mo)₂Fe i (Zr,Mo)Fe₂, у сплавах Zr−Fe−Nb − в фазах (Zr,Nb)₂Fe i (Zr,Nb)Fe₂, у сплавах Zr−Fe−Ta − в фазах (Zr,Ta)₂Fe i (Zr,Ta)Fe₂. Кристалiчна структура i фазовий склад вихiдних i утворених пiсля трансмутацiї iнтерметалiдiв рiзнi. Ансамблi iнтерметалiдiв у вихiдних i утворених пiсля трансмутацiї сплавах характеризуються вiдмiнними один вiд одного типами зв’язку з цирконiєвою матрицею. Показано, що можливим варiантом фазоутворення в модифiкованих сплавах i еволюцiї мiкроструктури в таких сплавах є нерегулярне гетерогенне утворення фазових включень iншого складу i структури порiвняно з вихiдними сплавами. Представлены результаты моделирования ядерных трансмутационных эффектов в циркониевых сплавах. Ядерная трансмутация в циркониевых сплавах приводит к эволюции микроструктуры интерметаллидов, которая связана с превращением элементов (Zr → Mo, Nb → Mo, Fe → Mn, Co, Cr → V, Mn, Fe, V → Cr). Циркониевые сплавы получены методом электронно-лучевой плавки с добавками Fe, Nb, Cr, Mo, V, Cu, Ta. Исследование фазового состава сплавов проводилось с помощью ядерной гамма-резонансной спектроскопии. Было установлено, что микроструктура модельных трансмутировавших тройных сплавов отличается от микроструктуры исходных сплавов. Это различие определяется особенностями кристаллизации и фазообразования в сплавах. В сплавах Zr−Fe основная часть атомов железа связана в фазах Zr₃Fe и Zr₂Fe.В сплавах Zr−Fe−V и Zr−Fe−Cr железо связано в смешанных фазах Zr(Fe,V)₂ и Zr(Fe,Cr)₂, в сплавах Zr−Fe−Mo − в фазах (Zr,Mo)₂Fe и (Zr,Mo)Fe₂, в сплавах Zr−Fe−Nb − в фазах (Zr,Nb)₂Fe и (Zr,Nb)Fe₂, в сплавах Zr−Fe−Ta − в фазах (Zr,Ta)₂Fe и (Zr,Ta)Fe₂. Кристаллическая структура и фазовый состав исходных и образовавшихся после трансмутации интерметаллидов различны. Ансамбли интерметаллидов в исходных и образовавшихся после трансмутации сплавах характеризуются отличными друг от друга типами связи с циркониевой матрицей. Показано, что возможным вариантом фазообразования в модифицированных сплавах и эволюции микроструктуры в таких сплавах является нерегулярное гетерогенное образование фазовых включений другого состава и структуры по сравнению с исходными сплавами. The results of simulation of the nuclear transmutation effects in zirconium alloys are presented. The nuclear transmutation in zirconium alloys causes the evolution of a microstructure of intermetallides, which is connected with the transformation of elements (Zr → Mo; Nb → Mo; Fe → Mn, Co; Cr → V, Mn, Fe; V → Cr). Тhe zirconium-based alloys were produced by electron-beam melting with additions of Fe, Nb, Cr, Mo, V, Cu, Ta. The research of the phase composition of alloys was carried out by using nuclear gamma-resonance spectroscopy. It was found that the microstructure of model after the ternary alloys transmutation differs from that of base alloys, which is determined by features of the crystallization and phase formation of alloys. In Zr−Fe alloys, the main part of iron atoms is bound in Zr₃Fe and Zr₂Fe phases. In Zr−Fe−V and Zr−Fe−Cr alloys, Fe is bound accordingly in Zr(Fe,V)₂ and Zr(Fe,Cr)₂ mixed phases. In Zr−Fe−Mo alloys, Fe is bound in (Zr,Mo)₂Fe and (Zr,Mo)Fe₂ phases. In Zr−Fe−Nb alloys, Fe is bound in (Zr,Nb)₂Fe and (Zr,Nb)Fe₂ phases. In Zr−Fe−Ta alloys, Fe is bound in (Zr,Ta)₂Fe and (Zr,Ta)Fe₂ phases. The crystal structures and the types of initial and transmutated intermetallides are different. The ensembles of intermetallides in both cases are characterized by different connection types with the zirconium matrix. It is shown that a possible version of the phase formation in modified alloys and the microstructure evolution in such alloys are determined by the irregular heterogeneous formation of phase inclusions with another composition and structure in comparison with the base alloys. 2012 Article Фазові перетворення інтерметалідів та моделювання ядерних трансмутаційних ефектів у цирконієвих сплавах / М.О. Азарєнков, В. Г. Кiрiченко, О.В. Коваленко, С.В. Литовченко // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2012. — № 9. — С. 79-88. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84409 669.295:539. uk Доповіді НАН України application/pdf Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Матеріалознавство Матеріалознавство |
| spellingShingle |
Матеріалознавство Матеріалознавство Азарєнков, М.О. Кіріченко, В.Г. Коваленко, О.В. Литовченко, С.В. Фазові перетворення інтерметалідів та моделювання ядерних трансмутаційних ефектів у цирконієвих сплавах Доповіді НАН України |
| description |
Наведено результати моделювання ядерних трансмутацiйних ефектiв у цирконiєвих
сплавах. Ядерна трансмутацiя в цирконiєвих сплавах призводить до еволюцiї мiкроструктури iнтерметалiдiв, яка пов’язана з перетворенням елементiв (Zr → Mo, Nb → Mo, Fe → Mn, Co, Cr → V, Mn, Fe, V → Cr). Цирконiєвi сплави отриманi методом електронно-променевої плавки з добавками Fe, Nb, Cr, Mo, V, Cu, Ta. Дослiдження фазового складу сплавiв проводилося за допомогою ядерної гамма-резонансної
спектроскопiї. Було встановлено, що мiкроструктура модельних потрiйних сплавiв, що
трансмутували, вiдрiзняється вiд мiкроструктури вихiдних сплавiв. Ця рiзниця визначається особливостями кристалiзацiї i фазоутворення у сплавах. У сплавах Zr−Fe
основна частина атомiв залiза пов’язана в фазах Zr₃Fe i Zr₂Fe, у сплавах Zr−Fe−V
i Zr−Fe−Cr − в змiшаних фазах Zr(Fe,V)₂ i Zr(Fe,Cr)₂, у сплавах Zr−Fe−Mo − в фазах (Zr,Mo)₂Fe i (Zr,Mo)Fe₂, у сплавах Zr−Fe−Nb − в фазах (Zr,Nb)₂Fe i (Zr,Nb)Fe₂,
у сплавах Zr−Fe−Ta − в фазах (Zr,Ta)₂Fe i (Zr,Ta)Fe₂. Кристалiчна структура i фазовий склад вихiдних i утворених пiсля трансмутацiї iнтерметалiдiв рiзнi. Ансамблi
iнтерметалiдiв у вихiдних i утворених пiсля трансмутацiї сплавах характеризуються
вiдмiнними один вiд одного типами зв’язку з цирконiєвою матрицею. Показано, що
можливим варiантом фазоутворення в модифiкованих сплавах i еволюцiї мiкроструктури в таких сплавах є нерегулярне гетерогенне утворення фазових включень iншого
складу i структури порiвняно з вихiдними сплавами. |
| format |
Article |
| author |
Азарєнков, М.О. Кіріченко, В.Г. Коваленко, О.В. Литовченко, С.В. |
| author_facet |
Азарєнков, М.О. Кіріченко, В.Г. Коваленко, О.В. Литовченко, С.В. |
| author_sort |
Азарєнков, М.О. |
| title |
Фазові перетворення інтерметалідів та моделювання ядерних трансмутаційних ефектів у цирконієвих сплавах |
| title_short |
Фазові перетворення інтерметалідів та моделювання ядерних трансмутаційних ефектів у цирконієвих сплавах |
| title_full |
Фазові перетворення інтерметалідів та моделювання ядерних трансмутаційних ефектів у цирконієвих сплавах |
| title_fullStr |
Фазові перетворення інтерметалідів та моделювання ядерних трансмутаційних ефектів у цирконієвих сплавах |
| title_full_unstemmed |
Фазові перетворення інтерметалідів та моделювання ядерних трансмутаційних ефектів у цирконієвих сплавах |
| title_sort |
фазові перетворення інтерметалідів та моделювання ядерних трансмутаційних ефектів у цирконієвих сплавах |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2012 |
| topic_facet |
Матеріалознавство |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84409 |
| citation_txt |
Фазові перетворення інтерметалідів та моделювання ядерних трансмутаційних ефектів у цирконієвих сплавах / М.О. Азарєнков, В. Г. Кiрiченко, О.В. Коваленко, С.В. Литовченко // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2012. — № 9. — С. 79-88. — Бібліогр.: 13 назв. — укр. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT azarênkovmo fazovíperetvorennâíntermetalídívtamodelûvannââdernihtransmutacíjnihefektívucirkoníêvihsplavah AT kíríčenkovg fazovíperetvorennâíntermetalídívtamodelûvannââdernihtransmutacíjnihefektívucirkoníêvihsplavah AT kovalenkoov fazovíperetvorennâíntermetalídívtamodelûvannââdernihtransmutacíjnihefektívucirkoníêvihsplavah AT litovčenkosv fazovíperetvorennâíntermetalídívtamodelûvannââdernihtransmutacíjnihefektívucirkoníêvihsplavah AT azarênkovmo fazovyeprevraŝeniâintermetallidovimodelirovanieâdernyhtransmutacionnyhéffektovvcirkonievyhsplavah AT kíríčenkovg fazovyeprevraŝeniâintermetallidovimodelirovanieâdernyhtransmutacionnyhéffektovvcirkonievyhsplavah AT kovalenkoov fazovyeprevraŝeniâintermetallidovimodelirovanieâdernyhtransmutacionnyhéffektovvcirkonievyhsplavah AT litovčenkosv fazovyeprevraŝeniâintermetallidovimodelirovanieâdernyhtransmutacionnyhéffektovvcirkonievyhsplavah AT azarênkovmo phasetransformationsofintermetallidesandthesimulationofnucleartransmutationeffectsinzirconiumalloys AT kíríčenkovg phasetransformationsofintermetallidesandthesimulationofnucleartransmutationeffectsinzirconiumalloys AT kovalenkoov phasetransformationsofintermetallidesandthesimulationofnucleartransmutationeffectsinzirconiumalloys AT litovčenkosv phasetransformationsofintermetallidesandthesimulationofnucleartransmutationeffectsinzirconiumalloys |
| first_indexed |
2025-11-24T05:54:32Z |
| last_indexed |
2025-11-24T05:54:32Z |
| _version_ |
1849649972099678208 |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
9 • 2012
МАТЕРIАЛОЗНАВСТВО
УДК 669.295:539.
© 2012
Академiк НАН України М. О. Азарєнков, В. Г. Кiрiченко,
О.В. Коваленко, С. В. Литовченко
Фазовi перетворення iнтерметалiдiв та моделювання
ядерних трансмутацiйних ефектiв у цирконiєвих
сплавах
Наведено результати моделювання ядерних трансмутацiйних ефектiв у цирконiєвих
сплавах. Ядерна трансмутацiя в цирконiєвих сплавах призводить до еволюцiї мiкро-
структури iнтерметалiдiв, яка пов’язана з перетворенням елементiв (Zr → Mo, Nb →
→ Mo, Fe → Mn, Co, Cr → V, Mn, Fe, V → Cr). Цирконiєвi сплави отриманi ме-
тодом електронно-променевої плавки з добавками Fe, Nb, Cr, Mo, V, Cu, Ta. Дослiд-
ження фазового складу сплавiв проводилося за допомогою ядерної гамма-резонансної
спектроскопiї. Було встановлено, що мiкроструктура модельних потрiйних сплавiв, що
трансмутували, вiдрiзняється вiд мiкроструктури вихiдних сплавiв. Ця рiзниця ви-
значається особливостями кристалiзацiї i фазоутворення у сплавах. У сплавах Zr−Fe
основна частина атомiв залiза пов’язана в фазах Zr3Fe i Zr2Fe, у сплавах Zr−Fe−V
i Zr−Fe−Cr — в змiшаних фазах Zr(Fe,V)2 i Zr(Fe,Cr)2, у сплавах Zr−Fe−Mo — в фа-
зах (Zr,Mo)2Fe i (Zr,Mo)Fe2, у сплавах Zr−Fe−Nb — в фазах (Zr,Nb)2Fe i (Zr,Nb)Fe2,
у сплавах Zr−Fe−Ta — в фазах (Zr,Ta)2Fe i (Zr,Ta)Fe2. Кристалiчна структура i фа-
зовий склад вихiдних i утворених пiсля трансмутацiї iнтерметалiдiв рiзнi. Ансамблi
iнтерметалiдiв у вихiдних i утворених пiсля трансмутацiї сплавах характеризуються
вiдмiнними один вiд одного типами зв’язку з цирконiєвою матрицею. Показано, що
можливим варiантом фазоутворення в модифiкованих сплавах i еволюцiї мiкростру-
ктури в таких сплавах є нерегулярне гетерогенне утворення фазових включень iншого
складу i структури порiвняно з вихiдними сплавами.
Ядерний паливний цикл (ЯПЦ) в атомнiй енергетицi України має складатися з видобутку
ядерного палива i його збагачення, виробництва конструкцiйних матерiалiв та виготовлен-
ня тепловидiльних елементiв (ТВЕЛiв) для активної зони ядерних реакторiв, вигоряння
палива в активнiй зонi ядерних реакторiв i виробництва електроенергiї, переробки та реге-
нерацiї вiдпрацьованого ядерного палива (ВЯП), видалення та захоронення радiоактивних
вiдходiв (РАВ) [1]. В цiй низцi особлива увага придiляється проблемi конструкцiйних ма-
терiалiв ядерних реакторiв [2].
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №9 79
Цирконiєвi сплави з рiзними легуючими домiшками при експлуатацiї в дiапазонi 570–
590 К у водi високих параметрiв в умовах iнтенсивного нейтронного опромiнення мають
прийнятнi механiчнi характеристики та високу корозiйну стiйкiсть [3]. При пiдвищеннi
температури експлуатацiї, що дозволяє збiльшити ступiнь вигоряння ядерного палива, ха-
рактеристики цирконiєвих сплавiв iстотно погiршуються. На всiх етапах ЯПЦ важливу
роль вiдiграють ядернi трансмутацiйнi ефекти, що вiдбуваються у конструкцiйних матерi-
алах активної зони ядерних реакторiв i призводять до модифiкування вихiдного складу та
мiкроструктури сплавiв. Для теплових нейтронiв основним процесом ядерних перетворень
є радiацiйний захват нейтрона ядрами в реакцiї (n, γ). Аналiз трансмутацiйних ефектiв та
їхнiх наслiдкiв у сплавах цирконiю — основного конструкцiйного матерiалу оболонок ТВЕ-
Лiв — є досить важливим. Одним iз шляхiв створення перспективних цирконiєвих спла-
вiв є пошук оптимальних комбiнацiй i концентрацiй легуючих елементiв для комплексного
легування цирконiю, оптимiзацiя режимiв термомеханiчної обробки (ТМО) i модифiкацiя
поверхнi сплавiв спецiальним зовнiшнiм впливом. В результатi таких процедур буде забез-
печений такий структурно-фазовий стан сплаву i, вiдповiдно, створеного з нього виробу,
що забезпечує його оптимальну тривалу роботу в умовах пiдвищеної температури, корозiй-
но-активного середовища та iнтенсивного нейтронного опромiнення.
Метою даної роботи є дослiдження структурно-фазових перетворень та моделювання
i вивчення наслiдкiв ядерних трансмутацiйних ефектiв в цирконiєвих сплавах.
Моделювання ядерних трансмутацiйних ефектiв у сплавах. Збiльшення тер-
мiну експлуатацiї цирконiєвих ТВЕЛiв приводить до тривалiшого впливу опромiнення на
матерiал та, вiдповiдно, до пiдвищення ступеня протiкання можливих ядерних перетворень
(ядерних реакцiй трансмутацiї). Результатом таких процесiв при нейтронному опромiненнi
сплавiв в умовах експлуатацiї можуть бути утворення в металевiй матрицi Zr, що легова-
на добавками (Nb, Sn, Ni, Fe, Cr) та вмiщує технологiчнi домiшки (О, Si, S, H), хiмiчних
елементiв, якi вiдсутнi у вихiдних сплавах до опромiнення. Утворення хiмiчних елементiв
при ядернiй трансмутацiї є результатом уповiльнення та радiацiйного захоплення тепло-
вих нейтронiв i залежить вiд концентрацiї вихiдних елементiв, потоку нейтронiв, перетинiв
ядерних реакцiй, тривалостi опромiнення i ступеня збагачення палива.
Дослiдження трансмутацiйних ефектiв в цирконiєвих сплавах ускладнюється внаслiдок
значної наведеної радiоактивностi оболонок ТВЕЛiв та змiн структурно-фазового стану
сплавiв при зниженнi рiвня наведеного опромiнення. Тому розробка нових методiв моделю-
вання трансмутацiйних ефектiв в нерадiоактивних сплавах цирконiю є дуже актуальною [4].
Бiльшiсть хiмiчних елементiв, що використовують для легування цирконiю, мають малу
розчиннiсть в α-Zr (крiм нiобiю). Це практично завжди призводить до утворення в мета-
лiчнiй матрицi сплавiв iнтерметалiчних включень складної структури та рiзного складу.
В ходi попереднiх дослiджень [5, 6] були отриманi експериментальнi данi про кiнетику та
механiзми фазових перетворень iнтерметалiчних фаз у багатокомпонентних сплавах i мо-
дельнi уявлення про закономiрностi утворення, формування, еволюцiї та сегрегацiї фаз.
Основною iдеєю роботи є припущення про можливiсть проведення моделювання i дослiд-
ження трансмутацiйних ефектiв з використанням рiзних модельних рядiв нерадiоактивних
цирконiєвих сплавiв на основi даних про iдентифiкацiю iнтерметалiчних фаз у сплавах на
основi цирконiю. Вихiдним рядом варто вважати сплави з добавками хiмiчних елементiв, що
вiдповiдають набору елементiв, наявних у матерiалi ТВЕЛiв (цирконiєвих або, припустимо,
сталевих, алюмiнiєвих тощо) до початку реакторної кампанiї. Наступний ряд повинен бути
набором нерадiоактивних сплавiв з легуючими добавками хiмiчних елементiв, що можуть
80 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №9
утворитися в результатi ядерних трансмутацiйних ефектiв. Збiльшуючи число таких рядiв
з вiдповiдною змiною хiмiчного i фазового складу, можна отримати практично необмеженi
можливостi моделювання i аналiзу впливу ядерних трансмутацiйних ефектiв на структуру
та еволюцiю мiкроструктури i складу iнтерметалiчних фаз у сплавах, наприклад, на основi
цирконiю.
Вихiдними компонентами конструкцiйних матерiалiв ТВЕЛiв на основi цирконiю є, на-
самперед, Zr та Nb, а також Sn, Сг, Fe та Ni. При взаємодiї з тепловими нейтронами транс-
мутацiйнi ядернi реакцiї на ядрах цирконiю i легуючих елементiв в цирконiєвих сплавах
приводять до утворення набору нових елементiв, таких як Mo, Co, Mn, V, Cu. Цi елементи
у вихiдних сплавах практично вiдсутнi.
У данiй роботi при проведеннi ядерно-фiзичного дослiдження та металознавчого моде-
лювання трансмутацiйних ефектiв у нерадiоактивних сплавах цирконiю модельними вихiд-
ними сплавами були вибранi сплави на основi цирконiю з добавками залiза, нiобiю i хрому.
Металознавче моделювання трансмутацiйних процесiв проводили для низки модифiкова-
них сплавiв на основi цирконiю з добавками молiбдену, ванадiю, мiдi та танталу. Такий
пiдхiд є повнiстю виправданим, оскiльки, за даними роботи [7], трансмутацiя ядер легую-
чих елементiв Сг, Fe, Ni не впливає на мiкроструктуру сплавiв цирконiю.
Методика експериментальних дослiджень. Для дослiджень використовували йо-
дидний цирконiй чистотою 99,76% (ваг.), вмiст домiшок якого наведений у табл. 1.
Серед цих елементiв необхiдно видiлити Nb, Fe, Hf, Cu, Ni, Ti, Mo через їхню техноло-
гiчну важливiсть для властивостей сплавiв. У цирконiї, що отриманий iншими методами,
вмiст технологiчних добавок може бути вищим. На основi йодидного цирконiю електрон-
но-променевим плавленням у вакуумi були виготовленi сплави, наведенi у табл. 2.
Добавки залiза були збагаченi стабiльним iзотопом Fe57 до 85%. Використовували вана-
дiй марки ВЕЛ-1 та iншi домiшки з чистотою: Сr — 99,85, Nb — 99,85, Мо — 99,7, Та — 99,7%.
Пiсля плавки шихти зливки пiддавали гомогенiзуючому вiдпалу у вакуумi 1,3·10−4 Па три-
валiстю 50 год при 973 К. Рентгенографiчнi дослiдження сплавiв проводили iонiзацiйним
Таблиця 1. Домiшки в йодидному цирконiї
Елемент Hf Nb Fe Ti Ni Mo Ca Sn Al Cu
Вмiст, % (ваг.) 0,05 0,03 0,02 0,02 0,01 0,007 < 0,01 < 0,01 0,005 0,004
Елемент C O2 Si N2 B
Вмiст, % (ваг.) 0,02 0,02 0,006 0,005 0,00005
Таблиця 2. Склад дослiджених сплавiв на основi цирконiю
Сплав
Вмiст елементiв, % (aт.)
Fe Nb Cr Mo V Cu Та Hf
Zr−0,51%Fe 0,51 0,03 0,007 0,005 0,03
Zr−1,03%Fe 1,03 0,03 0,007 0,005 0,03
Zr−0,51%Fe−0,5%Nb 0,51 0,5 0,007 0,005 0,03
Zr−0,51%Fe−1%Nb 0,51 1,0 0,007 0,005 0,03
Zr−0,51%Fe−2,5%Nb 0,51 2,5 0,007 0,005 0,03
Zr−0,51%Fe−0,5%Cr 0,51 0,03 0,5 0,007 0,005 0,03
Zr−0,51%Fe−0,5%Mo 0,51 0,03 0,5 0,005 0,03
Zr−0,51%Fe−0,28%V 0,51 0,03 0,007 0,28 0,005 0,03
Zr−0,51%Fe−0,28%V−0,6%Cu 0,51 0,03 0,007 0,28 0,6 0,03
Zr−0,51%Fe−0,8%Та 0,51 0,03 0,007 0,005 0,8 0,03
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №9 81
методом на установцi ДРЗП-3.0 у Cukα-випромiнюваннi. Для вiдпалених зразкiв точнiсть
у визначеннi параметрiв грат a та c становила 5 · 10−4 Å. Рентгенiвський аналiз показав,
що на всiх етапах ТМО сплавiв на основi цирконiю фазовий склад представлений α-фазою
Zr. Месбауерiвськi спектри поглинання реєстрували з використанням ядерного гамма-ре-
зонансного спектрометра ЯГРС-4 М. Для реєстрацiї спектрiв поглинання при T = 80 К
та T = 4,2 К зразки розташовували в крiостатi типу Р-118. Оцiнку розмiрiв видiлень дру-
гих фаз проводили з використанням електронного мiкроскопу ЕМ-200.
Результати експериментальних дослiджень та обговорення. Застосуємо запро-
поновану вище схему моделювання трансмутацiйних ефектiв. Взаємодiя з тепловими ней-
тронами i ядернi перетворення сплавiв визначаються характеристиками iзотопiв елементiв,
що входять до складу сплавiв цирконiю. Об’ємнi змiни при ядерних перетвореннях харак-
теризуються розмiрним фактором ∆V/V , де ∆V — рiзниця атомних об’ємiв, а V — об’єм
атома матрицi. У випадку сплавiв цирконiю продуктами ядерних перетворень є такi хiмiч-
нi елементи:
Zr → Mo (об’ємний розмiрний фактор ∆V/V вiдносно Zr дорiвнює −0,34), а також Y
(+0,45), Sr (+0,43); у найбiльшiй кiлькостi утворюється Мо (150–160 р. р.m. за кампанiю
реактора ВВЕР-1000);
Nb (+0,22) → Мо (−0,34), Y(+0,45), Zr (0);
Sn (−0,037) → In (−0,055), Sb (+0,019), Te (−0,372);
Fe (−0,51) → Mn (−0,46), Co (−0,51);
Cr (−0,49) → V (−0,41), Mn (−0,46) i Fe (−0,51);
Ni (−0,53) → Сo (−0,51), Fe (−0,51), Cu (−0,49);
V (−0,41) → Cr (−0,49);
Si → S, P.
Також можливим є утворення Та в результатi трансмутацiї Hf. Вмiст добавок (крiм
Мо), що утворилися пiсля трансмутацiї, становить одиницi та долi р. р.m. Для наведе-
них у табл. 2 сплавiв на основi цирконiю розглянемо два ряди: вихiдний i модифiкований
(табл. 3). З металознавчої точки зору розглянутi потрiйнi сплави цирконiю Zr−Fe−Me мож-
на роздiлити на двi групи, що характеризуються подiбнiстю дiаграм стану бiнарних систем
Zr−Me у кожнiй групi.
Таблиця 3. Обранi для моделювання трансмутацiйних ефектiв вихiдна та модифiкована низки сплавiв на
основi цирконiю
Вихiднi сплави
Обранi ядернi
перетворення
Розмiрний ефект
вiдносно Zr, (∆V/V )ат
Модифiкованi сплави,
що моделюють
трансмутацiйнi ефекти
Zr−0,51%Fe Zr → Mo Zr (0), Fe (−0,51) Zr−0,51%Fe−0,3%Mo
Zr−1,03%Fe Zr → Mo Zr (0), Fe (−0,51) Zr−0,51%Fe−0,5%Mo
Zr−0,51%Fe−0,5%Nb Zr → Mo, Mo (−0,34), Zr−0,51%Fe−0,3%Mo
Zr−0,51%Fe−1,0%Nb Nb → Mo Nb (+0,22) Zr−0,51%Fe−0,5%Mo
Zr−0,51%Fe−0,5%Cr Zr → Mo, Mo (−0,34), Zr−0,51%Fe−0,3%Mo,
Cr → V, Cr (−0,49), Zr−1,03%Fe,
Cr → Fe V (−0,41) Zr−0,51%Fe−0,5%V
Zr−0,51%Fe−0,5%V Zr → Mo, Mo (−0,34), Zr−0,51%Fe−0,5%Cr
V → Cr V (−0,41), Zr−0,51%Fe−0,3%Mo
Cr (−0,49)
82 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №9
Рис. 1. Спектри поглинання сплавiв при 300 К: а — Zr-1,03% Fe; б — Zr-0,51%Fe-0,5%Cr; в —
Zr-0,51%Fe-0,5%Mo
Першу групу складають сплави з добавками V, Сг, Мо. У бiнарних сплавах цирконiю
з цими металами утворюється тiльки одна промiжна фаза ZrMe2, а розчиннiсть Me в α-Zr
при кiмнатнiй температурi мiзерно мала. Температура утворення фази ZrMe2 пiдвищуєть-
ся в послiдовностi V, Сг, Мо. Вiдповiдно до збiльшення температури плавлення добавки
зростає i температура утворення евтектики.
До другої групи належать потрiйнi сплави, що мiстять Nb i Та. Розчиннiсть Nb i Та
в α-Zr при кiмнатнiй температурi мала, але через близькiсть атомних радiусiв Zr, Nb i Та
iснує безперервний ряд твердих розчинiв Zr з Nb i Та в β-областi [8, 9].
У розглянутих сплавах можуть реалiзуватися три варiанти утворення iнтерметалiдiв.
По-перше, незалежно одне вiд одного можуть утворюватись iнтерметалiди систем Zr−Fe та
Zr−Me. По-друге, можливе формування iнтерметалiдiв змiшаного складу, що мiстять Zr,
Fe та Me. I, нарештi, не виключено випадання iнтерметалiдiв бiнарної системи Fe−Me.
Месбауерiвський спектр поглинання сплаву Zr-1,03%Fe при кiмнатнiй температурi є дуб-
летом, де правий компонент iнтенсивнiший за лiвий (рис. 1, а). Вiдпал зменшує асиметрiю
iнтенсивностей лiнiй дублета, але повного вирiвнювання iнтенсивностi не вiдбувається.
Загальний вигляд спектра та асиметрiя iнтенсивностi компонентiв дублета зберiгаються
i при зниженнi температури до 80 i 4,2 К. Положення спектра δ i величина розщеплення ∆
є близькими до вiдповiдних значень спектра iнтерметалiду Zr3Fe.
Перетворення V → Cr, Cr → V, Cr → Fe. Введення ванадiю i хрому в сплав Zr−Fe
приводить до значних змiн спектра: замiсть дублета виникає одиночна розширена лiнiя
(рис. 2, 3). Зменшення градiєнта електричного поля на ядрах Fe57 свiдчить про утворення
фаз змiшаного складу на основi ZrV2 та ZrCr2 вiдповiдно. Формуванню цих фаз сприяють
такi фактори. Лiнiї лiквiдусу в системах Zr−V та Zr−Cr розташованi вище вiдповiдної лiнiї
в системi Zr−Fe для багатих цирконiєм сплавiв. У системi Zr−V iснує єдиний iнтерметалiд
ZrV2 з кубiчною структурою типу С15.
Iнтерметалiд ZrCr2 також має кубiчну кристалiчну структуру типу С15. Зменшення
температури зразкiв до 80 та 4,2 К розширює лiнiю спектра сплаву Zr−Fe–V (див. рис. 2).
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №9 83
Рис. 2. Спектри поглинання вiдпаленого сплаву Zr−Fe−V при: а — 300 К; б — 80 К; в — 4,2 К
Рис. 3. Спектри поглинання вiдпаленого сплаву Zr−Fe-Сг: а — 80 К; б — 4,2 К
Це розширення обумовлене кристалографiчними та магнiтними перетвореннями. Вiдомо,
що кубiчна фаза ZrV2 перетворюється в орторомбiчну при 121 К. При зниженнi темпера-
тури до 80 та 4,2 К спектр сплаву Zr−Fe−Cr також розширюється, що може бути пов’язане
з тим, що у цьому дiапазонi температур протiкають кристалографiчнi i магнiтнi перетво-
рення у видiленнях фази Zr(FexСr1−x)2 (див. рис. 3). Через близькiсть атомних радiусiв
залiза, ванадiю та хрому спостерiгається формування фаз Zr(Fex 1−x)2 та Zr(FexCr1−x)2
з замiщенням атомами Fe атомiв V i Сr у фазах ZrV2 та ZrCr2.
Таким чином, при вiрогiдному трансмутацiйному перетвореннi Cr → V, Cr → Fe, V → Cr
iстотно змiнюється фазовий склад i структура iнтерметалiчних фаз в потрiйних сплавах
цирконiю з домiшками (Fe, V) або (Cr, Fe), що в свою чергу може впливати на мiцнiсть
сплавiв, їхню радiацiйну та корозiйну стiйкiсть.
Перетворення Zr → Mo, Nb → Mo. Розглянемо результат вiрогiдних транс-
мутацiйних перетворень Zr → Mo. Проаналiзуємо месбауерiвськi данi для сплаву
84 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №9
Рис. 4. Спектри поглинання сплавiв Zr−Fe−Nb: а — вихiдний; б — пiсля вiдпалу (970 К, 5 год); в — сплаву
Zr−Fe−Ta пiсля вiдпалу (970 К, 5 год)
Zr−0,51%Fe−0,3%Mo. Хоча ефективнi валентностi Сr i Мо є близькими, велика рiзниця
атомних розмiрiв призводить до утворення фаз з замiщенням атомiв Zr атомами Мо. Саме
через це вплив добавки Мо вiдрiзняється вiд впливу добавок V та Сr. Спектр невiдпаленого
сплаву Zr−Fe−Mo сильно розширений i має iнтенсивну праву компоненту. Пiсля вiдпалу
помiтнiшою стає дублетна структура спектра (рис. 1, в). У сплавах Zr−Fe−Mo в iнтервалi
температур 973–1273 К iнтерметалiди представленi фазами ZrMo2 та ZrFe2. Фаза ZrFe2 при
кiмнатнiй та нижчих температурах є феромагнiтною, характеризується спектром погли-
нання з шести лiнiй, але в нашому випадку ця фаза не утворюється. Дублетна структура
спектрiв (рис. 1, а та 1, в) пiдтверджує, що залiзовмiсний iнтерметалiд формується на основi
структури типу С16, у якiй кристалiзується фаза Zr2Fe. Вiдпал сприяє перерозподiлу ато-
мiв Fe та Мо, в результатi якого вiдбувається розпад вихiдного сплаву на фази ZrMo2 та
(Zr1−xМоx)2Fe з розчиненими в нiй атомами Мо, що замiщують атоми Zr. Про наявнiсть
в фазi Zr2Fe атомiв Мо свiдчить менша порiвняно зi сплавом Zr−Fe величина розщеплення.
Анiзотропiя iнтенсивностей лiнiй дублета сплавiв Zr−Fe-Мо свiдчить про наявнiсть iнших
фаз у сплавi. Замiщення атомами Fe атомiв Zr або Мо в ZrMo2 є малоймовiрним через
несприятливiсть розмiрних факторiв, тому такою фазою буде фаза Лавеса (ZrxMo1−x)Fe2.
Таким чином, з огляду на можливий фазовий склад потрiйної системи Zr−Fe−Mo [9, 10],
можна вважати, що в α-областi залiзовмiснi фази представленi фазами (Zr1−xМоx)2Fe та
(Zr1−xМоx)2Fe. Рiзний характер впливу добавки Мо та добавок V i Сr на формування
iнтерметалiдiв у сплавi Zr−Fe пов’язаний з розмiрним фактором.
Введення Nb у сплав Zr−Fe приводить до розширення лiнiй спектра та зменшення роз-
щеплення дублета (рис. 4). Вiдпал iстотно змiнює фазовий склад сплаву: замiсть дублетного
спектра поглинання спостерiгається окрема розширена лiнiя (рис. 4, б ). У багатих цирко-
нiєм сплавах Zr−Fe−Nb, що мiстять не бiльше 15% (ваг.) (Nb+Fe), в iнтервалi температур
873–1373 К утворюється фаза Zr2Fe. Аналiз наведених на рис. 3, а та 3, б спектрiв свiдчить
про помiтну кiлькiсть цiєї фази в α-областi.
Як i у випадку сплаву Zr−Fe-Мо, сильна асиметрiя iнтенсивностей компонентiв дублета
свiдчить про наявнiсть видiлень фази змiшаного складу (ZrxNb1−x) Fe2. Ця фаза має струк-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №9 85
туру типу С15 для x > 0,65 i структуру типу С14 для x < 0,55. Iзомерний зсув (ZrxNb1−x)Fe2
i квадрупольне розщеплення для структур С15 та С14 при кiмнатнiй температурi не за-
лежать вiд складу (величина сталих квадрупольної взаємодiї дорiвнює вiдповiдно 0,7 та
0,9 мм/с). Отже, у сплавах Zr−Fe−Nb на основi цирконiю в α-областi формуються фази
типу (Zr,Nb)2Fe та (Zr,Nb)Fe2.
Утворення Та в результатi трансмутацiї Hf. Спектр поглинання невiдпаленого
сплаву Zr−Fe−Ta є розмитим. Вiдпал приводить до звуження спектра, причому з’являється
невелике квадрупольне розщеплення (рис. 4, в). За аналогiєю зi сплавом Zr−Fe−Nb у цьому
випадку також можна припустити наявнiсть принаймнi двох залiзовмiсних фаз. Одна з них
кристалiзується на основi сполуки Zr2Fe — це iнтерметалiд (Zr,Ta)2Fe, що розпадається при
вiдпалi. Iнша фаза кристалiзується на основi iнтерметалiду TaFe2 та має склад (Zr,Na)Fe2.
Прийнято вважати, що працездатнiсть сплавiв, наприклад, сплаву Zr−Nb, у якому стабi-
лiзуючим елементом у матрицi є нiобiй, визначається наявнiстю домiшок i трансмутацiйним
утворенням пiдрозмiрних атомiв Мо з вихiдних атомiв Zr та Nb. Розподiл атомiв є рiвномiр-
ним в об’ємi сплаву [11–13]. Але результати нашого дослiдження свiдчать про можливiсть
реалiзацiї рiзноманiтних варiантiв утворення сполук i фаз з неоднорiдними включеннями
трансмутацiйних атомiв у модифiкованих сплавах.
Стабiльнiсть роботи виробiв iз цирконiєвих сплавiв в активнiй зонi ядерних реакторiв
пiсля трансмутацiї Zr → Mo, Nb → Mo пояснюється не тiльки пiдрозмiрнiстю атомiв Мо, що
утворюються (для Мо величина ∆V/V = −0,34). Вiрогiдним наслiдком трансмутацiйного
перетворення може бути вiдповiдне зменшення повзучостi, яке супроводжується, по-пер-
ше, збiльшенням температури евтектики в системi Zr−Mo, а, по-друге, формуванням пiсля
трансмутацiї фази змiшаного складу (Zr1−xМоx)2Fe.
Таким чином, пiсля трансмутацiї пiд впливом нейтронного опромiнення в сплавах Zr–
1%Nb та Zr–2,5%Nb в результатi перетворення Zr → Mo, Nb → Mo обов’язково утвориться
фаза ZrMo2, або при наявностi домiшок залiза — фаза (Zr1−xМоx)2Fe.
Цi особливостi впливу трансмутацiйних ефектiв вперше вiдзначенi в нашiй роботi. При-
датнiсть використання сплавiв цирконiю з добавками хрому пояснюється, можливо, тим,
що структура та властивостi вихiдної фази Zr(FexCr1−x)2 в широкому дiапазонi температур
(див. рис. 3) i фази Zr(FexV1−x)2 (див. рис. 2), що утворюється пiсля можливої трансму-
тацiї типу Cr → V, є подiбними. Це вiдiграє свою позитивну роль i пiсля трансмутацiї при
подальшому опромiненнi, наприклад при перетвореннi V → Cr. Отже, внаслiдок малої рi-
зницi в об’ємних розмiрних факторах атомiв вихiдних легуючих елементiв Сr, Fe, Ni та
атомiв V, Мn, Сu, що утворюються пiсля трансмутацiї, вплив опромiнення на еволюцiю
мiкроструктури сплавiв цирконiю є незначним.
Таким чином, запропоновано i експериментально перевiрено новий метод моделювання
трансмутацiйних ефектiв в нерадiоактивних сплавах цирконiю. Мiкроструктура потрiйних
сплавiв, що моделюють трансмутацiйнi явища, вiдрiзняється вiд мiкроструктури вихiдних
сплавiв i визначається механiзмами кристалiзацiї подвiйних i потрiйних сплавiв на основi
цирконiю та особливостями фазоутворення. Кристалiчна структура i тип iнтерметалiдiв
у вихiдних та утворених пiсля можливої трансмутацiї модельних сплавах рiзняться. Так,
пiсля трансмутацiї пiд впливом нейтронного опромiненя в сплавах Zr-1%Nb та Zr-2,5%Nb
в результатi перетворення Zr → Mo, Nb → Mo обов’язковим є утворення фази ZrMo2 або
при наявностi домiшок залiза — фаза (Zr1−xМоx)2 Fe. Вихiднi сплави та сплави, що моде-
люють трансмутацiйнi ефекти, можуть мати рiзнi властивостi при iмiтацiйному опромiненнi
сплавiв та при корозiйних випробуваннях у водi високих параметрiв.
86 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №9
1. Развитие атомной энергетики России и Украины – фактор устойчивого межгосударственного со-
трудничества: Материалы совместн. совещания-семинара РАН и НАНУ, 21–23 окт. 2008 г., ЛОК
“Колонтаево” (г. Электросталь). – Москва: Наука, 2009. – 357 с.
2. Воеводин В.Н., Неклюдов И.М. Эволюция структурного состояния и радиационная стойкость кон-
струкционных материалов. – Киев: Наук. думка, 2006. – 376 с.
3. Akebi M. Technical Aspects/Effects at Early Days of Nuclear Development-Birth of Zirconium Alloys and
Channel Type Reactors // Nuclear Safety Research Association (Japan). – 2003. – 16 p.
4. Азаренков Н.А., Воеводин В.Н., Кириченко В. Г., Литовченко С. В. Mоделирование влияния ядер-
ных трансмутационных эффектов на состав интерметаллидов в циркониевых сплавах // Тр. XVIII
Междунар. конф. по физике радиац. явлений и радиац. материаловедению. XVIII ICPRP. – Харьков:
Талант-Трейдiнг, 2008. – С. 79–80.
5. Игрушин В.В., Кириченко В. Г., Петельгузов И.А., Чекин В. В. Влияние добавок Sn, V, Cr, Mo, Nb,
и Ta на локальное окружение примесных атомов Fe в α-Zr // Физика металлов и металловедения. –
1983. – 55, № 6. – С. 1143–1149.
6. Игрушин В.В., Кириченко В. Г., Петельгузов И.А., Чекин В.В. Взаимодействие добавок ванадия
и меди с примесными атомами железа в α-Zr // Изв. АН СССР. Сер. Металлы. – 1982. – № 1. –
С. 87–90.
7. Kumar А., Garner F.A. Transmutation-induced deposition profiles in halos surrounding spherical preci-
pitates // Radiation Eff. – 1984. – 82. – P. 61–72.
8. Guillernet A. F. Thermodynamic Analysis of the Stable Phases in the Zr–Nb System and Calculation of
the Phase Diagram // Z. Metallkde. – 1991. – 86. – H. 6. – S. 478–487.
9. Игрушин В.В., Кириченко В. Г., Коллеров Э.П. и др. Структурно-фазовые превращения в сложно-
легированных сплавах циркония // Изв. АН СССР. Сер. Металлы. – 1989. – № 6. – С. 956–959.
10. Дуглас Д. Металловедение циркония. – Москва: Атомиздат, 1975. – 360 с.
11. Miedema A.R. Cohesion in alloys-fundamentals of a semi-empirical model // Physica. – 1980. – 100B.
No 1. – P. 1–28.
12. Кириченко В. Г., Кирдин А.И. Ядерно-физическое металловедение сплавов циркония // Вiсн. Харк.
нац. ун-ту iм. В.Н. Каразiна. Сер. фiзична “Ядра, частинки, поля”. – 2008. – Вип. 3/39/, № 823. –
С. 25–45.
13. Maussner G., Ortlieb E., Weidinger H.-G. Basic properties of zirconium alloys with respect to mechanical
and corrosion behavior // Mater. Nucl. React. Core Appl.: Proc. Int. Conf., Bristol. 27–29 Oct., 1987. –
Vol. 1. – London, 1987. – С. 49–55.
Надiйшло до редакцiї 05.01.2012Харкiвський нацiональний унiверситет
iм. В.Н. Каразiна
Академик НАН Украины Н.А. Азаренков, В. Г. Кириченко, О.В. Коваленко,
С.В. Литовченко
Фазовые превращения интерметаллидов и моделирование ядерных
трансмутационных эффектов в циркониевых сплавах
Представлены результаты моделирования ядерных трансмутационных эффектов в цирко-
ниевых сплавах. Ядерная трансмутация в циркониевых сплавах приводит к эволюции ми-
кроструктуры интерметаллидов, которая связана с превращением элементов (Zr → Mo,
Nb → Mo, Fe → Mn, Co, Cr → V, Mn, Fe, V → Cr). Циркониевые сплавы получены ме-
тодом электронно-лучевой плавки с добавками Fe, Nb, Cr, Mo, V, Cu, Ta. Исследование
фазового состава сплавов проводилось с помощью ядерной гамма-резонансной спектроско-
пии. Было установлено, что микроструктура модельных трансмутировавших тройных
сплавов отличается от микроструктуры исходных сплавов. Это различие определяется
особенностями кристаллизации и фазообразования в сплавах. В сплавах Zr−Fe основная
часть атомов железа связана в фазах Zr3Fe и Zr2Fe.В сплавах Zr−Fe−V и Zr−Fe−Cr же-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2012, №9 87
лезо связано в смешанных фазах Zr(Fe,V)2 и Zr(Fe,Cr)2, в сплавах Zr−Fe−Mo — в фазах
(Zr,Mo)2Fe и (Zr,Mo)Fe2, в сплавах Zr−Fe−Nb — в фазах (Zr,Nb)2Fe и (Zr,Nb)Fe2, в спла-
вах Zr−Fe−Ta — в фазах (Zr,Ta)2Fe и (Zr,Ta)Fe2. Кристаллическая структура и фазовый
состав исходных и образовавшихся после трансмутации интерметаллидов различны. Ан-
самбли интерметаллидов в исходных и образовавшихся после трансмутации сплавах хара-
ктеризуются отличными друг от друга типами связи с циркониевой матрицей. Показа-
но, что возможным вариантом фазообразования в модифицированных сплавах и эволюции
микроструктуры в таких сплавах является нерегулярное гетерогенное образование фазовых
включений другого состава и структуры по сравнению с исходными сплавами.
Academician of the NAS of Ukraine N.A. Azarenkov, V.G. Kirichenko,
O.V. Kovalenko, S.V. Lytovchenko
Phase transformations of intermetallides and the simulation of nuclear
transmutation effects in zirconium alloys
The results of simulation of the nuclear transmutation effects in zirconium alloys are presented. The
nuclear transmutation in zirconium alloys causes the evolution of a microstructure of intermetalli-
des, which is connected with the transformation of elements (Zr → Mo; Nb → Mo; Fe → Mn, Co;
Cr → V, Mn, Fe; V → Cr). Тhe zirconium-based alloys were produced by electron-beam melting
with additions of Fe, Nb, Cr, Mo, V, Cu, Ta. The research of the phase composition of alloys was
carried out by using nuclear gamma-resonance spectroscopy. It was found that the microstructure of
model after the ternary alloys transmutation differs from that of base alloys, which is determined by
features of the crystallization and phase formation of alloys. In Zr−Fe alloys, the main part of iron
atoms is bound in Zr3Fe and Zr2Fe phases. In Zr−Fe−V and Zr−Fe−Cr alloys, Fe is bound accor-
dingly in Zr(Fe,V)2 and Zr(Fe,Cr)2 mixed phases. In Zr−Fe−Mo alloys, Fe is bound in (Zr,Mo)2Fe
and (Zr,Mo)Fe2 phases. In Zr−Fe−Nb alloys, Fe is bound in (Zr,Nb)2Fe and (Zr,Nb)Fe2 phases.
In Zr−Fe−Ta alloys, Fe is bound in (Zr,Ta)2Fe and (Zr,Ta)Fe2 phases. The crystal structures and
the types of initial and transmutated intermetallides are different. The ensembles of intermetallides
in both cases are characterized by different connection types with the zirconium matrix. It is shown
that a possible version of the phase formation in modified alloys and the microstructure evolution
in such alloys are determined by the irregular heterogeneous formation of phase inclusions with
another composition and structure in comparison with the base alloys.
88 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2012, №9
|