Фазові перетворення інтерметалідів та моделювання ядерних трансмутаційних ефектів у цирконієвих сплавах

Abstract

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.