title-icon
Яндекс.Метрика
» » Механические свойства циркония

Механические свойства циркония

Публикуемые в настоящей главе данные свидетельствуют о значительных колебаниях в механических свойствах циркония в зависимости от чистоты металлов.
Модуль нормальной упругости. Булджер заявляет, что модуль упругости циркония точно не определен, но он, вероятно, немного больше модуля упругости алюминия. По доступным ему данным, он исчислял следующие значения модуля:

Для проволоки и прутков диаметром 1,65—3,9 мм, изготовленных из обточенного прутка иодидного циркония, обжатого на 65% в холодном состоянии и затем отожженного, Рейвер получил значения модуля упругости 6650—8400 кг/мм2.
Рейнольдс приводит следующие значения модуля упругости:

Швопе и Стоккетт определили следующие значения модуля Упругости для прокатанных листов циркония:


Коэффициент Пуассона. Рейнольдс считает, что для магниетермического циркония коэффициент Пуассона составляет 0,33, а для иодидного циркония — 0,35; Швоппе и Стоккетт нашли, что значение коэффициента Пуассона лежит в пределах 0,32—0,35.
Прочностные характеристики. Как уже упоминалось, прочность и пластичность циркониевых образцов значительно изменяются в зависимости от чистоты циркония и технологии его получения.

На фиг. 35 показана зависимость относительного удлинения от действующих усилий при испытании на растяжение различных образцов нелегированного циркония.
Прочность чистого отожженного циркония приближается к прочности сплавов на медной основе. Цирконий имеет удельную прочность выше, чем нормализованная среднеуглеродистая сталь, но ниже, чем титановые, магниевые или алюминиевые сплавы.
Предел прочности повышается вследствие холодной обработки, легирования и наличия примесей, особенно кислорода.
В табл. 12, 13 и 14 приводятся данные о механических свойствах иодидного циркония, переработанного различными способами в лист, прутки и проволоку. В табл. 13 также приводятся данные о влиянии на цирконий отпуска и отжига.

В табл. 15 приведены данные о механических свойствах холоднокатанных и отожженных циркониевых листов, полученных из кристаллического прутка иодидного циркония, при испытании их на растяжение. Состав этого металла приведен в табл. 16.
В табл. 17 приводятся результаты испытаний прутков иодидного и магниетермического циркония, проведенных в Массачузетском технологическом институте. Переплавка иодидного циркония в графитовых тиглях повышает его прочность до прочности магниетермического металла.






Данные табл. 17 представляют особый интерес, так как показывают, что экспериментальные образцы, изготовленные выдавливанием, обладали лучшей пластичностью и имели более высокую прочность по сравнению с обычными образцами, изготовленными из холоднокатаного и отпущенного циркония. Кроме того, эти опыты, по-видимому, впервые показывают, что скорость охлаждения с температуры выше критической оказывает влияние на механические свойства циркония. Из этих же опытов следует, что закалка в воде с температуры 1000° повышает прочность и понижает пластичность по сравнению с медленным охлаждением.
Сжимаемость (характеристика, обратная объемной упругости). Бриджмен определяет, сжимаемость циркония следующим образом:

Эти уравнения применяются Бриджменом в его работе для давлений порядка 12 000 кг/см2. Бриджмен указывает, что при сжатии под давлением 100 000 кг/см2 объем циркония уменьшается до 0,910 объема при атмосферном давлении.
Твердость. Влияние на твердость циркония степени чистоты и характера обработки иллюстрируется данными табл. 18.
Лиллиендаль и сотр. отмечают, что твердость иодидного циркония повышается примерно на 5 единиц Hн на каждые 0,01 % кислорода, содержащегося в металле. Минимальная твердость, наблюдавшаяся у кристаллических прутков, не подвергавшихся обработке, составила примерно 65—70 единиц Нв или 25—30 Rв.
Твердость магниетермического циркония после переплавки обычно выше, чем твердость иодидного циркония, и составляет 68—76 единиц Rв или 100 единиц Hв. Твердость по Нв, приводимая в работе Булджера, составляет 100 единиц при нулевом содержании кислорода, 200 — при содержании 0,1%, 250 — при 0,2% и 300 — при 0,3% кислорода.

Швопе сравнивает свойства циркония со свойствами титана и железа. Влияние температуры на твердость циркония, титана и стали марки SAE-1020) показано на фиг. 36. Для иодидного циркония на графике построены две кривые, причем одна из них для иодидного циркония дуговой плавки, другая — для иодидного циркония, плавленного в графитовом тигле с вероятным содержанием углерода порядка 0,2%. Швопе нашел, что плавка циркония в графите повышает его твердость по Нв при комнатной температуре на 50% по сравнению с твердостью металла, полученного дуговой плавкой.
Литтон сообщает, что средняя величина твердости 29 образцов иодидного циркония составляет 20,9 единиц пo R и 90,1 единиц по Hп. Максимальное значение твердости Ra составляло 36,3, минимальное — 9,5; средняя арифметическая величина твердости RА = 20,9 при отклонениях ±6,7 единицы. Максимальное значение твердости Hп = 140, минимальное — 72, среднее — 90 при отклонениях ±17 единиц. Литтон делает вывод, что данные по изменению твердости говорят за то, что цирконий, полученный иодидным процессом, нельзя получить с твердостью, меньшей чем 9,5 по Rа и 72 единицы по Hп.
Литтон также определил влияние проникновения кислорода в чистый цирконий при температурах 550, 750 и 950° на величину твердости, которая определялась на полированных поперечных шлифах. Результаты этих измерений приведены на фиг. 59.
Швопе и Чабб в своем сообщении об исследовании прочности и твердости циркониевых сплавов при повышенных температурах построили кривую твердости циркония при высоких температурах, приведенную на фиг. 37. Образцы были приготовлены из иодидного циркония, выплавленного в индукционной печи в графитовом тигле и содержали углерода порядка 0,3%.
Механические свойства циркония

Треко измерял твердость образцов иодидного циркония после поглощения до 2,5 атомн. % кислорода. Кривая зависимости твердости от содержания кислорода изображена на фиг. 38. Повышение твердости не носит линейного характера; первые небольшие добавки кислорода оказывают более сильное влияние, чем последующие. Треко в своей последней работе указывает, что кислород, содержащийся даже в небольших количествах, порядка 2,0%, придает цирконию значительную хрупкость, в результате чего обработка его резанием и давлением в холодном состоянии становится невозможной. Зависимость твердости от напряжений кристаллической решетки, по данным Треко, графически показана на фиг. 39. Мунро и Феннелл также занимались определением твердости циркония (магниетермического); полученные ими результаты весьма близки к данным Треко.

Испытание, на вытяжку по Эриксену. Данные о результатах испытаний на вытяжку по Эриксену, приведенные в табл. 19, показывают весьма хорошую пластичность листов циркония холоднокатаных, с последующим отжигом.
Испытания на вытяжку листов магниетермического циркония, отожженного на воздухе, также показывают хорошую пластичность (табл. 20).
Прочность при повышенных температурах. Булджер приводит данные о механических свойствах циркония, полученных кратковременным испытанием на растяжение при температурах до 800° в различных газовых средах. Результаты этих испытаний приведены в табл. 21.


Пониженный предел прочности у образцов, испытанных в атмосфере азота, вероятно, объясняется быстрым поглощением металлом азота. О ползучести чистого циркония имеется мало данных; Булджер в табл. 22 приводит предварительные результаты испытания чистого циркония на ползучесть, полученные при 538° в аргоне при давлении, слегка превышающем атмосферное. Приведенные данные не являются полными для характеристики ползучести циркония.

Даниельс и Хатчингс провели ряд опытов по определению ползучести при растяжении на листовых образцах магниетермического циркония. На фиг. 40 показаны напряжения и температуры, при которых возникает равномерная скорость ползучести порядка 1*10в-6 % в час в температурном интервале от 360 до 440°. Дальнейшая работа по исследованию ползучести была проделана Мунро и Феннеллом. Для испытания на ползучесть при сжатии образцы изготовлялись из кованого магниетермического циркония. Опыты проводились при температурах 350, 450 и 500° и напряжениях от 2,1 до 5,6 кг/мм2. Приведенные в табл. 23 данные были подтверждены опытами Даниельса и Хатчингса.

Указывается, что цирконий сохраняет прочность при высоких температурах гораздо лучше, чем прокатанный титан аналогичной чистоты. Образец кованого прутка магниегермического циркония (состава Fe=0,065%; Si=0,06%, Ca=0,042%; Ni=0,03%) под нагрузкой 3,1 кг/мм2 при 600° и 9,3 кг/мм2 при 400° в течение 24 час. деформируется на 1%.
Иодидный цирконий, переплавленный в графитовом тигле, становится прочнее, выдерживая при 600° напряжения от 3,88 до 4,65 кг/мм2. Установлено, что кислород заметно повышает температуру, при которой металл теряет свою прочность. Испытываемые образцы содержали около 0,12% углерода.


title-icon Подобные новости