Цирконий и его сплавы

Для оболочек ТВЭЛов в России применяют сплав Zn и 1% Nb, для чехлов – Zn – 2.5% Nb, на Западе – Zn – 1.5% Sn.

Zn:

Т емпература плавления: 1852С, бн, -активен, – -активен, стабилен. При температуре до 862С находится в -фазе с решёткой ГПУ, выше – в -фазе с решёткой ОЦК.

Фаза	Решётка	Параметры решётки (нм)		Условия
		a	c
	ГПУ	0.3231	0.5146
	ОЦК	0.359
 (метастабильная)	ГПУ	0.5036	0.3109	ГПа

Коэффициент температурного расширения в некотором направлении , где – эффективная доля нормалей в решётке, перпендикулярных этому направлению.

Величина Q в коэффициенте диффузии равна 2227 ккал/(гатом) (для сравнения: . Модуль Юнга для Zr_ = 10000 кгс/мм² (для Fe_ – 20000 кгс/мм²), предел прочности , предел текучести , относительное удлинение .

Пластичность циркония при введении примесей азота снижается в несколько раз.

Ц иркониевые сплавы в яэу

Термические напряжения в материалах равны в стационарном потоке теплоносителя и в нестационарном. ,  – теплопроводность,  – плотность теплоносителя, E модуль Юнга, – коэффициент термического сопротивления.

Составы некоторых сплавов:

Nb

Sn

Fe

Cr

Ni

N

Zr (йодный)

—

—

Zr (губчатый)

—

—

H-1

0.91.1

—

—

—

—

H-2.5

2.42.7

—

—

—

—

циркаллой 1

—

1.21.7

0.070.2

0.050.1

0.050.08

циркаллой 2

—

1.21.7

0.180.27

0.070.13

—

Zr-1Nb-1Sn-0.5Fe

0.91.1

1.01.5

0.30.5

—

материал	, МПа	, %
циркаллой-2	250	4255
Н-2.5	460	924

Прочность материалов при темп ературе в 300 С:

Коррозионная стойкость

На поверхности циркония образуется ZrO₂ (эта реакция идёт как в воде, так и в воздухе). Сначала это – тёмная блестящая плёнка. Затем её структура начинает меняться и в конце она превращается в рыхлый порошок, через который свободно проходит кислород, что позволяет корродировать поверхности под плёнкой.

Под действием облучения в монокристаллах образуются вакансионные диски в коротких направлениях и межузельные – в длинных. В поликристаллах из-за этого происходит неравномерное расширение зёрен, и в результате – некоторая «жёваность» форм.

Изменение прочности материалов при температуре 300С при облучении нейтронами:

материал	, МПа	, %
Н-1	200300440	331225
Н-2.5	300490510	231113

Реакция образования водорода (и окисления циркония): Zr+2H₂OZrO₂+2H₂. Водород накапливается в трещинах. Когда концентрация водорода превышает предел растворимости, образуется гидрид. Это увеличивает трещину ещё больше.