Цирконий.

Обрабатывать и шлифовать поверхности циркониевых изделий обычными механическими способами. Однако скорость шлифовки должна быть сравнительно небольшой, значительно ниже, чем для обработки мягких обычных металлов. Это делается во избежание загорания циркония и быстрого износа шлифовального инструмента.

Удельное электрическое сопротивление циркония при комнатной температуре составляет 0,39-0,46 мкОм-м, гафния — 0,35 мкОм • м. В то же время удельное серебра — наилучшего проводника электричества — при 20° С всего 0,016. По этим свойствам цирконий и гафний занимают 20-е и 21-е место после серебра, меди, алюминия, золота и других металлов. С понижением температуры циркония уменьшается: при температуре 100 К (около -173° С) — 0,13 мкОм-м.

Будучи парамагнитными, цирконий и гафний в магнитном поле не намагничиваются, как железо, но и не выталкиваются из него, как медь. Слабую магнитную восприимчивость и гафния можно использовать при конструировании различных немагнитных приборов и аппаратов.

При комнатной температуре компактный металл обладает высокой коррозионной стойкостью на воздухе во многих агрессивных средах. Однако при высоких температурах начинает легко реагировать с кислородом, азотом, водородом и другими газами. Уже при 200° С после двух часов окисления кислородом на цирконии образуется пленка оксида 0,015 мкм, а при 425° С — 0,5 мкм.

Благодаря своим высоким механическим свойствам чистые металлы цирконий и гафний прекрасно поддаются и горячей обработке всех видов. Очень ухудшает механические свойства металлов их способность поглощать газы, особенно кислород и азот. В свя-8и с этим обработку давлением ведут в какой-либо защитной атмосфере, например в среде гелия, или в вакууме. Это предохраняет металл от возможного окисления или азотирования.

Механическая обработка металлического циркония (его резка, фрезерование, токарная обработка и т. п.) должна производиться только твердосплавными инструментами при сравнительно небольшой скорости обработки: подача за один оборот не должна превышать 0,25 мм. Поскольку циркониевые порошок и стружка способны к самовозгоранию, обработку деталей следует производить при интенсивном охлаждении с применением, хорошо отполированных инструментов.

Большая проблема — сварка циркониевых изделий. Ее можно осуществлять только в атмосфере, например в атмосфере аргона, гелия. Широко применяют способ сварки. Реже используют стыковую сварку и сварку давлением. Слитки его нагревают в обычных печах на воздухе до 850° С, а затем прокатывают и отжимают. Заготовки циркония очищают песком, травят в смеси и плавиковой кислот, нагревают до 780° С. Цельнотянутые трубы получают выдавливанием их из заготовок, предварительно покрытых защитной оболочкой из стекла или меди. Стержни, трубки, проволоку можно изготовить и методом холодной протяжки циркониевых слитков, а листы — глубокой вытяжкой на оборудовании.

Временное сопротивление (а„) разрыву и сжатию литого циркония чистотой 99,7% при 20° С составляет 575 МПа. Для деформированного катаного и циркония этот показатель снижается соответственно до 245 и 220 МПа. При высоких температурах временное сопротивление разрыву и сжатию падает. Так, например, если для а при комнатной температуре равно 220 МПа, то при 200° — уже 140 МПа, а при 400° С-110 МПа. Предел текучести циркония при температуре 20° составляет 80 МПа, при 400° С он падает до 40 МПа.

Модуль нормальной упругости металлического литого циркония Е ранен 96-99 ГПа. Это значение ниже, чем для таких распространенных конструкционных металлов, как железо -210 ГПа или титан — 109 ГПа, но выше, чем для алюминия -72 ГПа и магния — 46 ГПа. Гафний имеет более высокий модуль упругости — 140 ГПа.

По своей удельной прочности металлический цирконий близок к основным маркам стали, к титану и значительно превышает алюминий: 140, сталь легкая — 80-100, сталь высокопрочная — 190, титан — 190, алюминий — 30-40.

Высокими являются показатели выносливости при переменном изгибе (45-55 МПа), ползучести металла и ударной вязкости.

Гафний обладает еще большей твердостью, чем цирконий: гафния, например, при комнатной температуре 2000 МПа. По своим прочностным и механическим характеристикам превосходит цирконий: его временное сопротивление на разрыв и при 20" составляет 420 МПа, а при 370° С — 228 МПа. Предел текучести гафния почти втрое выше, чем таковой циркония: при 20° он составляет 228. МПа, а при 370° С — 107 МПа. Модуль нормальной упругости гафния в 1,5 раза выше, чем у циркония — 140 ГПа. Модуль сдвига ф=31 ГПа. Твердость гафния при 20° С лежит в пределах 1800-2000 МПа.

Поставляется этот порошок партиями массой до 3 кг. Они упакованы в полиэтиленовые мешки и помещены в металлические банки. Порошок циркония, полученный восстановлением калия цвет и содержит 99- 94%, не более 0,3% железа, 0,15% кальция, 0,15% магния, влажность порядка 14%. Он также поставляется трехкилограммовыми партиями, упакованными в полиэтиленовые мешки или банки, которые помещают в железные коробки. Такой тщательной упаковкой предохраняют циркониевый порошок от самовозгорания.

Легких металлов, плотностью 0,5-3 Мг/м3, насчитывается всего 13, в том число конструкционные: магний -1,74 Мг/м3, бериллий — 1,845 Мг/м3, алюминий — 2,7 Мг/м3. В группе металлов со средней плотностью 3-10 Мг/м3 сосредоточиваются практически все цветные и редкие металлы — от бария с р=3,5 Мг/м3 до висмута и лютеция с р=9,8 Мг/м3 (всего 37).

Гафний плотностью 13,29 Мг/м3 относится к группе тяжелых металлов плотностью более 10 Мг/м3. В этой группе всего 19 металлов -от молибдена с р=10,22 Мг/ /м3 до осмия с р=22,5 Мг/м3.

Чистый цирконий, свободный от примесей,- это очень тугоплавкий металл: температура его плавления 1852± ±10° С, а температура кипения 3580° С. Еще более тугоплавкий — гафний: он плавится при 2150°, кипит при 5400° С. Более тугоплавких, чем гафний, девять металлов: вольфрам, молибден, рений, осмий, тантал, ниобий, , бор, рутений; они плавятся при температуре от 2250 до 3410° С. Перед гафнием стоят родий — 1960°, ванадий — 1918°, хром — 1875° и 1852° С. Таким образом, но температуре плавления цирконий среди известных металлов занимает 14-е место. Обладая столь высокой тугоплавкостью, и цирконий и гафний имеют прекрасные механические свойства. Чистые, свободные от примесей металлы весьма пластичны, ковки, достаточно вязки и тверды.

Как рассказывалось выше, компактный плотный металл цирконий производят в путем восстановления циркония магнием и последующей переплавкой циркониевой губки в вакуумных дуговых печах с расходуемым электродом. Наиболее чистый металл получают электронно-лучевой плавкой или путем термической диссоциации паров йодида. Кроме металла, различными методами (электролизом и др.) выпускается порошок циркония, который либо используют как самостоятельный продукт, например в электровакуумной промышленности и др., либо методом порошковой металлургии из него делают компактный металл. Аналогичные методы в принципе применяются и для получения гафния.

Компактный ковкий цирконий — это похожий па сталь металл светло-серого цвета с едва заметным золотистым оттенком. Порошки циркония бывают разными в зависимости от метода получения. Циркониевый порошок, предназначенный в основном для электровакуумной промышленности, имеет серовато-черный цвет. Содержание циркония в нем 98%, примесей железа и кальция не более 0,05, хлора 0,003, влажность около 15%.