Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва, Россия:

К. Е. Клюкова, инженер, аспирант

М. Г. Исаенкова, профессор, докт. физ.-мат. наук, эл. почта: isamarg@mail.ru
О. А. Крымская, доцент, канд. физ.-мат. наук

В. А. Фесенко, научный сотрудник

Работа посвящена исследованию процессов рекристаллизации в листах из сплава Zr – 2,5 % Nb, прокатанных до степеней деформации 50–90 % и отожженных при температуре 610 ^oC в течение 1, 3 и 5 ч. При этом скорость нагрева образца варьировалась в интервале от 10 до 100 ^oC/мин. С использованием рентгеновских методов структурного и текстурного анализа исследованы процессы совершенствования кристаллической структуры деформированного сплава, а также масштабы изменения кристаллографической текстуры. Установлено, что в случае отжига при температуре, соответствующей двухфазной области α + β равновесной фазо вой диаграммы, прокатанных листов из сплава Zr – 2,5 % Nb рекристаллизационные механизмы реализуются так же, как и в случае отжига при температуре 580 ^oC. Однако увеличение содержания дополнительной фазы в количестве 11 % существенно подавляет изменения кристаллогра фической текстуры, что, вероятно, обусловлено преимущественным выделением β-циркония по границам зерен. Тем не менее основные ориентационные законо мерности роста рекристаллизованных зерен сохраняются: ориентация растущих зерен соответствует склонам текстурных максимумов прямой полюсной фигуры (ППФ) (0001), на разностных диаграммах ППФ {10.0} выявлено повышение полюсной плотности, свидетельствующее о присутствии зерен, разориентированных относительно деформированной матрицы на угол 30^o вокруг базисных нормалей. Показано, что вклад перечисленных процессов определя ется типом исходной текстуры, температурой отжига, ско ростью нагрева и количеством β-фазы. Увеличение дли тельности отжига при температуре двухфазной области от 1 до 5 ч не приводит к значительным изменениям кристаллографической текстуры.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российской Федерации в лице Министерства науки и высшего образования РФ (Соглашение № 075-15-2021-1352).

1. Дуглас Д. Металловедение циркония. — М. : Атомиздат, 1975. — 380 с.
2. Займовский А. С., Никулина А. В., Решетников Н. Г. Циркониевые сплавы в атомной энергетике. — М. : Энергоиздат, 1981. — 232 с.
3. Kocks U. F., Tome C. N., Wenk H.-R. Texture and Anisotropy. Preferred orientation in polycrystals and their effect on materials properties : Cambridge University Press, 1998. — 676 p.
4. Adamson R., Garzarolli F., Patterson C. In-Reactor Creep of Zirconium Alloys. — Advanced Nuclear Technology International, Sweden, 2009. — 144 p.

5. Holt R. A., Christodoulou N., Causey A. R. Anisotropy of in-reactor deformation of Zr – 2.5 Nb pressure tubes // Journal of Nuclear Materials. 2003. No. 317. P. 256–260.
6. Gerspach F., Bozzolo N., Wagner F. About texture stability during primary recrystallization of cold-rolled low alloyed zirconium // Scripta Materialia. 2009. Vol. 60, Iss. 4. P. 203–206.
7. Dewobroto N., Bozzolo N., Barberis P., Wagner F. On the mechanisms governing the texture and microstructure evolution during static recrystallization and grain growth of low alloyed zirconium sheets (Zr7О2) // Int. Journal of Mater. Res. 2006. Vol. 97, Iss. 6. P. 826–833.
8. Perlovich Y., Isaenkova M. et al. Recrystallization in materials processing. — InTech, Rijeka, Croatia, 2015. — 220 p.
9. Tae-Sik Jung, Hun Jang, Yong-Kyoon Mok, Jong-Sung Yoo. Analysis of EBSD image quality related to microstructure evolution in zirconium — niobium cladding to quantify the degree of recrystallization // Journal of Nuclear Materials. 2018. Vol. 509. P. 188–197.
10. Jiang Y.-l., Liu H.-Q., YI D.-Q. et al. Microstructure evolution and recrystallization behavior of cold-rolled Zr – 1Sn – 0.3 Nb – 0.3 Fe – 0.1 Cr alloy during annealing // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2018. Vol. 28. P. 651–661.
11. Zimmermann A. J. O., Padilha A. F. Rolling and recrystallization behavior of pure Zirconium and Zircaloy-4 // Revista Materia. 2019. Vol. 24. No. 03. DOI: 10.1590/S1517-707620190003.076.
12. Perlovich Y., Isaenkova M. Distribution of c- and a-dislocations in tubes of Zr alloys // Metallurgical and Materials Transactions A. 2002. Vol. 33. P. 867–874.
13. Isaenkova M., Perlovich Yu., Fesenko V., Krymskaya O., Krapivka N. et al. Regularities of recrystallization in rolled Zr single crystals and polycrystals of zirconium and alloy Zr – 1 % Nb // The Physics of Metals and Metallography. 2014. Vol. 115, Iss. 8. P. 756–764. DOI: 10.1134/S0031918X14080055.
14. Исаенкова М. Г., Перлович Ю. А., Cое Сан Тху, Крымская О. А., Фесенко В. А. Развитие кристаллографической текстуры при прокатке монокристаллов циркония и их рекристаллизации // Цветные металлы. 2014. № 12. С. 73–78.
15. Исаенкова М. Г., Перлович Ю. А. Закономерности развития кристаллографической текстуры и субструктурной неодно родности в циркониевых сплавах при деформации и термообработке. — М. : НИЯУ МИФИ, 2014. — 528 с.
16. Rudnizki J., Zeislmair B., Prahl U., Bleck W. Prediction of abnormal grain growth during high temperature treatment // Comput. Mater. Sci. 2010. Vol. 49, Iss. 2. P. 209–216.
17. García-Bernal M. A., Mishra R. S., Verma R., Hernandez-Silva D. Inhibition of abnormal grain growth during hot deformation behavior of friction stir processed 5083 Al alloys // Mater. Sci. Eng. A. 2015. Vol. 636. P. 326–330.
18. Chen J. W., Luan B. F., Chai L. J., Yu H. B., Liu Q. et al. Hetergeneous microstructure and texture evolution during fabrication of Zr – Sn – Nb zirconium alloy sheets // Acta Metall. Sin. 2012. Vol. 48, Iss. 4. P. 393–400.
19. Gillen C., Garner A., Plowman A., Race C. P., Lowe T. et al. Advanced 3D characterisation of iodine induced stress corrosion cracks in zirconium alloys // Materials Characterization. 2018. Vol. 141. P. 348–361.
20. Бородкина М. М., Спектор Э. Н. Рентгеновский анализ металлов и сплавов. — М. : Металлургия, 1981. — 272 с.
21. Pawlik K. Determination of the orientation distribution function from pole figures in arbitrarily defined cells // Phys. Stat. Sol. 1986. Vol. 134 (b). P. 477–483.
22. LaboTex v. 3.0 by LaboSoft (Krakow, Poland). — URL: http://www.labosoft.com.pl
23. Kearns J. J., Woods C. R. Effect of texture, grain size, and cold work on the precipitation of oriented hydrides in zircaloy tubing and plate // Journal of Nuclear Materials. 1966. Vol. 20, Iss. 3. P. 241–261.
24. Baranov V. G., Lunev A. V., Reutov V. F., Tenishev A. V., Isaenkova M. G. et al. An attempt to reproduce high burn-up structure by ion irradiation of SIMFUEL // Journal of Nuclear Materials. 2014. Vol. 452, Iss. 1-3. P. 147–157.
25. Tenckhoff E. Deformation mechanisms, texture and anisotropy in Zirconium and Zircaloy // ASTM: STP 966. 1988. — 80 p.
26. Thool K., Patra A., Fullwood D., Mani Krishna K. V., Srivastava D. et al. The role of crystallographic orientations on heterogeneous deformation in a zirconium alloy: A combined experimental and modeling study // International Journal of Plasticity. 2020. Vol. 133. 102785.
27. Knezevic M., Zecevic M., Beyerlein I. J., Bingert J. F., McCabe R. J. Strain rate and temperature effects on the selection of primary and secondary slip and twinning systems in HCP Zr // Acta Mater. 2015. Vol. 88. P. 55–73. DOI: 10.1016/j.actamat.2015.01.037.
28. Isaenkova M. G., Tenishev A. V., Krymskaya O. A., Stolbov S. D., Mikhal’chik V. V. et al. Influence of the structural state and crystallographic texture of Zr – 2.5 % Nb alloy samples on the anisotropy of their thermal expansion // Nuclear Materials and Energy. 2021. Vol. 29. 101071.