Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Равновесная диаграмма марганец—цирконий изучалась Роберсоном, Хейсом и Дональдсоном в интервале 0—65% (вес,) Mn. Сплавы готовились оплавлением в атмосфере гелия электролитического марганца и губчатого циркония высокой степени чистоты, содержащего 0,01% каждого из элементов: С, Si, Ni, N и Al; 0,08 O2; 0,10% Fe.
В работе были использованы металлографический, рентгенографический и дифференциальный термический методы анализа. Сплавы, содержащие 22% Mn, ковались при 850° и прокатывались на лист. Сплавы с более высоким содержанием марганца оказались хрупкими (недеформируемыми).
Предложенная равновесная диаграмма приведена на рис. 105. Растворимость марганца в α-цирконии точно не определена, но, вероятно, она очень мала. Металлографические исследования осложнялись присутствием в сплавах небольших количеств циркониево-железной эвтектики. Рентгенографические исследования показали, что постоянные решетки α-циркония незначительно меняются при введении марганца до 1,78% (вес.); это свидетельствует о некотором растворении марганца в твердом растворе.
Марганец не стабилизирует β-модификацию циркония и эта модификация не может быть зафиксирована закалкой. Область существования P-фазы определена металографическими методами но наличию мартенсита, образовавшегося в результате β→α-преврашения. Максимальная растворимость марганца в β-цирконии составляет 6,4% (вес.) при эвтектической температуре 1135°.
Обнаружено, что β-фаза распадается по эвтектоидной реакции, причем эвтектоид приходится на 3% (вес.) Mn. Эвтектоидная температура, определенная термическим методом, равна 795± 10°.
Эвтектический состав приходится на 22,5% (вес.) Mn; эвтектическая температура, измеренная термическим методом с помощью оптического пирометра, оказалась равной 1135±10°.
γ-фаза дает размытую интерференционную картину, но не позволяет идентифицировать тип решетки. Количество этой фазы максимально в интервале 45—50% Mn; предложен состав Zr2Mn3 [47,5% (вес.) Mn], но, возможно, могут быть смежные составы Zr3Mn5 [50,1%) (вес.) Mn], Zr4Mn7 [51,4% (вес.) Mn] или ZrMn2 [54,6% (вес.) Mn]. Все сплавы с высоким содержанием марганца чрезвычайно хрупки и с трудом транспортируются и полируются.
Уолбаум утверждал, что наиболее вероятным является соединение Mn2Zr, которое, как он полагает, должно быть фазой Лавеса (гексагонального типа С14), а = 5,029 ± 0,007 А, с = 8,223 ± 0,01 А, с/а =1,633. Принимая во внимание, что имеются изоморфные фазы Mn2Nb, Mn2Ta, Mn2Ti, вероятно, γ-фаза Роберсона действительно соответствует Mn2Zr.
Механические свойства циркониевых сплавов, содержащих до 25% (вес.) Mn, изучались Андерсоном, Хейсом, Роберсоном и Кроллем. Прочность при комнатной температуре и при 600° деформируемых сплавов растет при увеличении содержания марганца до 12,5% (вес.). Сплавы с более высоким содержанием марганца не могли быть деформированы.