Фазовые превращения. Общие положения и закономерности, классификация. Аллотропические превращения. Полиморфизм, страница 36

γ-U стабилен до температуры плавления (1132°С), имеет, как и высокотемпературные модификации многих металлов, о.ц.к. структуру. Экстраполированное на комнатную температуру значение периода решетки равно 3,474 Å. Особенности γ-U – очень низкие модули упругости и соответственно малая механическая прочность.

Некоторые особенности взаимодействия урана с легирующими элементами. Равновесные диаграммы состояния урана с различными элементами имеют некоторое сходство с диаграммами на основе металлов IV группы. Растворимость в низкотемпературных β- и особенно α- модификациях) очень низка. Для α- фазы она не превышает 1 ат.°/о даже при 650°С. Было показано, что величина парциальной энтальпии растворения в α- фазе лишь частично определяется факторами размерного несоответствия урана и легирующего элемента и в значительной степени искажением специфичных электронных связей. Только плутоний, для которого вклад f-электронов в связь также существен, широко растворим в α-U. В о.ц.к. (γ) модификации урана, характеризующейся «обычной» металлической связью, растворимость элементов, имеющих благоприятный размерный фактор и близкую электроотрицателыность, весьма высока. Так, непрерывный ряд, твердых растворов с γ-U образуют Ti, Zr, Hf, Nb. Большое практическое значение имеют γ-сплавы U-Mo.

Особенность урана – очень низкая  (на уровне 0,1ат. %) растворимость в нем примесей внедрения С, N, О.

Превращения в нелегированном уране. Для высокочастотного урана закалкой не удается зафиксировать высоко температурные фазы. Механизм γβ превращения экспериментально не изучен. Модель, разработанная для этого превращения, предсказывает, что структурное соотношение должно иметь вид

                                                  (247)

Низкие модули упругости γ-фазы позволяют релаксировать напряжения, и в результате γ↔β- переходов удается выращивать совершенные кристаллы β-урана.

С увеличением переохлаждения превращение идет по бейнитномуили мартенситному типу и возникают структуры, в которых зерна α- фазы имеют неправильную форму, их границы «изрезаны». При непрерывном охлаждении со скоростями выше 65 град/с мартенситная точка для β→α превращения равна 590°. Установлено сведущее ориентационное  соотношение:

                                      (248)                                                 

                                     (249)

При термообработке урановых стержней (сердечников тепловыделяющих элементов атомных реакторов) большое внимание уделяют устранению текстур, развивающихся под влиянием термических градиентов, а также механических напряжений, возникающих при закалке. Обратное αβ-превращение идет нормально при любых скоростях нагрева.

При многократной циклической обработке урана с переходом через температуру αβ -превращения происходит сильное изменение формы образцов, обусловленное анизотропией термического расширения, объемным эффектом превращения, а также, как показал А. А. Бочвар, градиентами температуры в образцах.

Превращения в сплавах урана. В сплавах кроме зафиксированной закалкой β-фазы наблюдается целый ряд морфологически связанных метастабильных состояний. Среди них α'-пересыщенная легирующим элементом фаза, ромбическая решетка, которой имеет уменьшенный период b при мало изменяющихся периодах а и с по сравнению со стабильной структурой α (см. рисунок 103). При дальнейшем увеличении содержания легирующего элемента в пересыщенном (зафиксированном закалкой) твердом растворе обнаруживается α" фаза с моноклинным искажением ромбической решетки, что проявляется в расщеплении ряда линий на дебаеграммах. Угол моноклинности плавно увеличивается с ростом концентрации. Такая картина наблюдается, в частности,  для подробно изученных сплавов урана с молибденом и ниобием. В сплаве с 15 ат.°/о Nb при -150°С наблюдали обратимое превращение α"→α'.