Цирконієві сплави, сплави на основі цирконію . До початку 50-х рр. 20 ст Ц. с. вивчалися мало і практично не застосовувалися, а отримана у той час інформація про їх властивості у багатьох випадках була недостовірною, унаслідок використання для досліджень недостатньо чистого цирконію і недосконалих методів приготування сплавів. Положення різко змінилося, коли на початку 50-х рр. удалося отримати цирконій, очищений від домішки гафнію, і було виявлено, що такий метал має малий поперечний перетин поглинання теплових.

Механічне властивості цирконієвих сплавів

нейтронів. Це дозволило розглядати цирконій (за наявності інших сприятливих властивостей) як вельми перспективний матеріал для конструкцій енергетичних ядерних реакторів на теплових нейтронах. Проте, як показали перші дослідження, використовувати для цієї мети нелегований цирконій не представлялося можливим в першу чергу із-за нестабільної корозійної стійкості його в нагрітій воді. Цю обставину стимулював початок інтенсивних досліджень Ц. с., внаслідок чого були розроблені промислові сплави, що знайшли широке вживання в ядерній енергетиці. Ц. с. використовуються для елементів конструкції активної зони ядерних реакторів на теплових нейтронах — оболонки тепловиділяючих елементів (твелів), канали, касети, дистанційні грати і ін. Найбільше вживання Ц. с. отримали в реакторах з пароводяним теплоносієм. Ц. с. поряд з малим поперечним перетином поглинання теплових нейтронів володіють високою і стабільною корозійною стійкістю у воді і парі високих параметрів і в інших агресивних середовищах, хорошою пластичністю і задовільними прочностнимі характеристиками. До легуючих елементів Ц. с. пред'являється комплекс вимог: одні з них повинні значно ослабляти (пригнічувати) шкідливий вплив азоту на корозійну стійкість цирконію (при допустимому вмісті азоту в сплавах менше 0,01%), інші — відчутно не збільшувати поперечний перетин поглинання теплових нейтронів, не знижувати радіаційну стійкість, підвищувати прочностниє характеристики і при цьому істотно не зменшувати пластичність (сплави мають бути придатні для виготовлення з них особливо тонкостінних труб і листів, володіти хорошою зварюваністю). Тому вибір легуючих добавок обмежений порівняно невеликим числом елементів при невисокому вмісті їх в сплавах. Для легування використовуються Nb, Sn, Fe, Cr, Ni, Cu і Мо, які вводяться в кількостях від доль відсотка до 2—3% (у сумі).

  З великого числа досліджених Ц. с. практичне вживання знайшли лише небагато. За кордоном найбільшого поширення набув американський сплав циркалой-2 (1,5% Sn, 0,1% Fe 0,1% Cr, 0,05% Ni і не більше 0,01% N). Використовується також сплав циркалой-4 (відрізняється від циркалоя-2 пониженим вмістом нікелю — 0,007%). Сплав циркалой-2 спеціально розроблявся і був спочатку використаний для оболонок твелів реактора першого американського атомного підводного човна «Наутілус», потім знайшов вживання в багатьох енергетичних реакторах атомних станцій для твелів і каналів, що працюють у воді і пароводяних сумішах з температурою 250—300 °C. У СРСР розроблені і застосовуються оригінальні сплави, що не містять олова, — Zr1nb і Zr2, 5nb (відповідно з 1 і 2,5% Nb). Сплав Zr1nb вперше був застосований для твелів реактора атомного криголама «Ленін», а сплав Zr2, 5nb — для касет реактора Ново-воронежської АЕС(атомна електростанція). В середині 70-х рр. сплави Zr1nb і Zr2, 5nb використовуються для оболонок твелів, касет і каналів реакторів більшості атомних електростанцій СРСР і соціалістичних країн. Крім того, сплав Zr2, 5nb застосований в ряду реакторів в Канаді. По корозійній стійкості сплав Zr2, 5nb порівнянний із сплавами типа циркалой, проте він має меншу схильність до наводорожіванію, не схильний до зниження опору корозії під опроміненням і володіє більшою міцністю, зокрема вищим опором повзучості. Не дивлячись на високу температуру плавлення цирконію (1852 °C), його відомі сплави не відрізняються високою жароміцністю і практично придатні для роботи в пароводяних середовищах при температурах не вище 400 °C. При вищих температурах поряд із зниженням міцності Ц. с. відбувається сильне окислення їх з розчиненням кисню, що приводить до втрати пластичності і наводорожіванію, яке викликає окрихчування в результаті освіти гідридів. Механічні властивості Ц. с. типа циркалой і ніобієвих для цирконію сплавів по рівню міцності і пластичності (при короткочасних випробуваннях) одного порядку (див. таблиці.) і залежать, як і для інших металевих матеріалів, від структурного стану, обумовленого термічною і деформаційною обробкою.

  Ц. с. виплавляють в дугових вакуумних печах з електродом, що витрачається, і електроннопроменевих печах. Використовується цирконій т.з. ядерної чистоти (значно очищений від гафнію і ін. домішок з великим поперечним перетином поглинання теплових нейтронів). Напівфабрикати з Ц. с. виготовляються на звичайному устаткуванні, вживаному для багатьох кольорових металів. Відпал проводиться у вакуумних печах. Якщо в ядерній енергетиці Ц. с. набули широкого поширення, то в ін. областях техніки вони практично не знайшли вживання; зокрема, як конструкційним і корозійностійким матеріалом вони поступаються міцнішим, легшим і дешевшим титановим сплавам.

  Літ.: Металургія цирконію, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1959; Праці другої Міжнародної конференції з мирного використання атомній енергії, Женева, 1958. Доповіді радянських учених, т. 3, М., 1959, с. 486; Рівкин Е. Ю., Родченков Би. С., Філатов Ст І., Міцність сплавів цирконію, М., 1974; Дуглас Д., Металознавство цирконію, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1975 (літ.).

  А. А. Кисельов.