Особенности радиационного упрочнения и ползучести СВЧ - термообработанных сплавов Zr-Nb

Изучены кратковременные механические свойства облученных при температуре 350⁰С в реакторе БОР - 60 кольцевых образцов ∅13,8×0,65×3,0 мм сплава Zr-2,5%Nb в состоянии отжига и СВЧ - термообработки, а также ползучесть труб из этого сплава в поперечном направлении при температуре 350⁰С и ударная вязкост...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	1999
Автор:	Стукалов, А.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 1999
Назва видання:	Вопросы атомной науки и техники
Теми:	Проблемы совершенствования деформационной и термической обработки сплавов циркония
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/81105
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Особенности радиационного упрочнения и ползучести СВЧ - термообработанных сплавов Zr-Nb / А.И. Cтукалов // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 2. — С. 33-41. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-81105
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-811052016-04-14T11:01:01Z Особенности радиационного упрочнения и ползучести СВЧ - термообработанных сплавов Zr-Nb Стукалов, А.И. Проблемы совершенствования деформационной и термической обработки сплавов циркония Изучены кратковременные механические свойства облученных при температуре 350⁰С в реакторе БОР - 60 кольцевых образцов ∅13,8×0,65×3,0 мм сплава Zr-2,5%Nb в состоянии отжига и СВЧ - термообработки, а также ползучесть труб из этого сплава в поперечном направлении при температуре 350⁰С и ударная вязкость (по Шарпи). Флюенс нейтронов во всех случаях был ∼ 1⋅10²⁶ м⁻² (Е ≤0,1 МэВ).Показано практически полное отсутствие радиационного упрочнения СВЧ-термообработанного сплава по сравнению с исходным со стоянием, уменьшение деформации за счет радиационной ползучести в 8 раз и увеличение ударной вязкости в 2…3 раза. Наблюдаемые эффекты снижения радиационной ползучести, радиационного упрочнения и повышения ударной вязкости могут быть объяснены усилением рекомбинации радиационных точечных дефектов на особенностях субструктуры, созданных СВЧ - термообработкой сплава. 1999 Article Особенности радиационного упрочнения и ползучести СВЧ - термообработанных сплавов Zr-Nb / А.И. Cтукалов // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 2. — С. 33-41. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 1562-6016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/81105 621.039.53 ru Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Проблемы совершенствования деформационной и термической обработки сплавов циркония Проблемы совершенствования деформационной и термической обработки сплавов циркония
spellingShingle	Проблемы совершенствования деформационной и термической обработки сплавов циркония Проблемы совершенствования деформационной и термической обработки сплавов циркония Стукалов, А.И. Особенности радиационного упрочнения и ползучести СВЧ - термообработанных сплавов Zr-Nb Вопросы атомной науки и техники
description	Изучены кратковременные механические свойства облученных при температуре 350⁰С в реакторе БОР - 60 кольцевых образцов ∅13,8×0,65×3,0 мм сплава Zr-2,5%Nb в состоянии отжига и СВЧ - термообработки, а также ползучесть труб из этого сплава в поперечном направлении при температуре 350⁰С и ударная вязкость (по Шарпи). Флюенс нейтронов во всех случаях был ∼ 1⋅10²⁶ м⁻² (Е ≤0,1 МэВ).Показано практически полное отсутствие радиационного упрочнения СВЧ-термообработанного сплава по сравнению с исходным со стоянием, уменьшение деформации за счет радиационной ползучести в 8 раз и увеличение ударной вязкости в 2…3 раза. Наблюдаемые эффекты снижения радиационной ползучести, радиационного упрочнения и повышения ударной вязкости могут быть объяснены усилением рекомбинации радиационных точечных дефектов на особенностях субструктуры, созданных СВЧ - термообработкой сплава.
format	Article
author	Стукалов, А.И.
author_facet	Стукалов, А.И.
author_sort	Стукалов, А.И.
title	Особенности радиационного упрочнения и ползучести СВЧ - термообработанных сплавов Zr-Nb
title_short	Особенности радиационного упрочнения и ползучести СВЧ - термообработанных сплавов Zr-Nb
title_full	Особенности радиационного упрочнения и ползучести СВЧ - термообработанных сплавов Zr-Nb
title_fullStr	Особенности радиационного упрочнения и ползучести СВЧ - термообработанных сплавов Zr-Nb
title_full_unstemmed	Особенности радиационного упрочнения и ползучести СВЧ - термообработанных сплавов Zr-Nb
title_sort	особенности радиационного упрочнения и ползучести свч - термообработанных сплавов zr-nb
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	1999
topic_facet	Проблемы совершенствования деформационной и термической обработки сплавов циркония
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/81105
citation_txt	Особенности радиационного упрочнения и ползучести СВЧ - термообработанных сплавов Zr-Nb / А.И. Cтукалов // Вопросы атомной науки и техники. — 1999. — № 2. — С. 33-41. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT stukalovai osobennostiradiacionnogoupročneniâipolzučestisvčtermoobrabotannyhsplavovzrnb
first_indexed	2025-07-06T05:27:24Z
last_indexed	2025-07-06T05:27:24Z
_version_	1836874098565709824
fulltext	УДК 621.039.53 ОСОБЕННОСТИ РАДИАЦИОННОГО УПРОЧНЕНИЯ И ПОЛЗУЧЕСТИ СВЧ - ТЕРМООБРАБОТАННЫХ СПЛАВОВ Zr-Nb А.И. Cтукалов (НТК «ЯТЦ» ННЦ ХФТИ, г. Харьков, Украина) Изучены кратковременные механические свойства облученных при температуре 350оС в реакторе БОР - 60 кольцевых образцов ∅13,8×0,65×3,0 мм сплава Zr-2,5%Nb в состоянии отжига и СВЧ - термообработки, а также ползучесть труб из этого сплава в поперечном направлении при температуре 350оС и ударная вяз- кость (по Шарпи). Флюенс нейтронов во всех случаях был ∼ 1⋅1026 м-2 (Е ≤0,1 МэВ).Показано практически пол- ное отсутствие радиационного упрочнения СВЧ-термообработанного сплава по сравнению с исходным со- стоянием, уменьшение деформации за счет радиационной ползучести в 8 раз и увеличение ударной вязкости в 2…3 раза. Наблюдаемые эффекты снижения радиационной ползучести, радиационного упрочнения и повыше- ния ударной вязкости могут быть объяснены усилением рекомбинации радиационных точечных дефектов на особенностях субструктуры, созданных СВЧ - термообработкой сплава. ВВЕДЕНИЕ Широко известно упрочнение циркония и его сплавов под действием облучения. Наи- более полно эффект радиационного упроч- нения изучен на цирконии и его сплавах с оловом (циркалой - 2, циркалой - 4) и с нио- бием (Zr-1%Nb, Zr-2,5%Nb). Показано, что упрочнение достигает насыщения при флю- енсах ∼1020 см-2, степень упрочнения опреде- ляется составом сплава и его предваритель- ной термомеханической обработкой [1]. Так, губчатый цирконий упрочняется на 90%, циркалой - 2 на 50% и циркалой - 4 - на 25%. По данным [2] увеличение характеристик прочности канальных труб из сплава Zr- 2,5%Nb в результате облучения достигает насыщения после интегрального флюенса нейтронов 1⋅ 1025 м-2 и составляет 40…60%. Изменение пластичности имеет обратный знак, но характер зависимости от флюенса практически такой же. Максимальное изме- нение относительного удлинения достигает 90%. Упрочнение канадских канальных труб достигает насыщения также при флюенсе 1⋅ 1025 м-2 и составляет ∼ 33% [3]. Закалка из β - фазы, как отмечается в [1], усугубляет процесс упрочнения и охрупчивания. Так, образцы сплава Zr-2,5%Nb, закаленные из β - фазы и подвергнутые последующему старе- нию при 500°С 24 ч почти полностью охруп- чиваются; сужение при комнатной темпера- туре было очень мало. Согласно данным, приведенным в [5, 7], упрочнение сплава Zr-1%Nb под облучением составляет 55%, а сплава Zr-1%Nb-0,5%Fe- 1,25%Sn (сплав 635) - 70%, охрупчивание сплава Zr-1%Nb на уровне 220%, а на сплаве 635 лежит в пределах 220…400 % в зависи- мости от условий изготовления и термообра- ботки. В ННЦ ХФТИ разработан метод скорост- ной высокочастотной β - термообработки из- делий из сплавов Zr-1%Nb и Zr-2,5%Nb и в НИИАР проведен обширный комплекс меха- нических испытаний штатных и СВЧ - тер- мообработанных изделий из этих сплавов [4,5]. Представляет большой интерес прове- сти анализ результатов испытаний с точки зрения современных представлений о роли структурных особенностей сплавов в исход- ном и СВЧ - термообработанном состояниях в процессе взаимодействия радиационных точечных дефектов с особенностями струк- туры. 1. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИ- МЕНТОВ 1.1. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ОБ- РАЗЦЫ Для проведения экспериментов были ис- пользованы образцы следующих типов (табл.1): - трубчатые образцы для изучения ползу- чести с поперечным сечением ∅9,15×0,7 мм; ∅15×1,25 мм и ∅13,8×0,65 мм, нагруженные внутренним давлением аргона и загермети- ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 1999.№2 СЕРИЯ: ФИЗИКА РАДИАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ И РАДИАЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ . (77) С.33-41 33 зированные с помощью аргонодуговой свар- ки в камере под давлением; - отрезки труб ∅15×1,25 мм и ∅9,15×0,7 мм для изучения радиационного роста; - кольцевые образцы ∅15×1,25×3,0 мм и ∅13,8×0,65×3,0 мм для изучения кратковре- менных механических свойств в поперечном направлении; - цилиндрические (малые гагаринские) разрывные образцы с длиной рабочей части 15 мм и ∅3,0 мм для определения крат- ковременных механических свойств; - стержни ∅6 мм длиной 80 мм, вырезан- ные из труб ∅88×4 мм в продольном и по- перечном (разогнутые разрезные кольца) направлениях для изучения радиационного роста; - ударные образцы размером 4×8×55 мм с надрезом двух типов: Шарпи (с V-образным надрезом глубиной 2 мм) и Изода (с «υ» - об- разным надрезом глубиной 3 мм), - вырезан- ные из канальных труб в продольном направлении. В качестве материала для изготовления образцов использовали: - канальные трубы ∅88×4 мм из сплава Zr-2,5%Nb, отожженные по штатному режи- му 550°С, 5 ч и режиму СВЧ - обработки с различным отпуском (см. табл.1); - каркасные трубы ∅15×1,25 мм из спла- ва Zr-2,5%Nb, термообработанные по штат- ному, СВЧ - режимам с последующим отпус- ком; - твэльные трубы ∅9,15×0,7 мм из сплава Zr-1%Nb, термообработанные по режимам отжига (580°С, 3 ч) и СВЧ - обработки с по- следующим отпуском; - прутки ∅6 мм из сплава Zr-1%Nb в со- стоянии поставки (отжиг 580°С, 3 ч) и СВЧ - обработки с последующим отпуском. 1.2. УСЛОВИЯ ОБЛУЧЕНИЯ ОБРАЗЦОВ Для проведения облучения образцы раз- мещали на различных уровнях (этажах) в разборном облучательном устройстве, конструкция которого позволяет периодиче- ски (во время остановов реактора) извлекать образцы для исследований в защитной каме- ре, а затем вновь возвращать их в реактор для дальнейшего облучения. Необходимый температурный режим образцов 350±20°С поддерживали обеспечением оптимального соотношения между температурой теплоно- сителя (натрия) на входе в активную зону ре- актора БОР - 60 и уровнем его подогрева, определяемым расходом теплоносителя че- рез сборку с образцами и величиной радиа- ционного энерговыделения образцов, зави- сящей от мощности реактора и расположе- ния образцов по высоте активной зоны. Часть образцов из сплавов и в отожжен- ном состоянии и термообработанных по ре- жиму СВЧ с последующим отпуском 500°С, 24 ч была испытана на протяжении продол- жительного времени в периферийных ячей- ках реактора БОР - 60 с проведением проме- жуточных измерений. Для оптимизации ре- жимов СВЧ - обработки труб циркониевых сплавов были отобраны новые партии образ- цов с различными режимами отпуска после СВЧ - обработки (см. табл.1), радиационные испытания которых проведены в течение од- ного этапа облучения. Конкретные значения параметров облуче- ния образцов указаны для удобства в разде- лах результатов исследований. Следует от- метить, что отличающиеся значения флюен- са быстрых (здесь и далее Е ≥0,1 МэВ) ней- тронов в изохронных экспериментах получе- ны для образцов, расположенных на различ- ных этажах облучательного устройства, ис- ходя из косинусоидального распределения плотности нейтронного потока относитель- но уровня центра активной зоны реактора БОР - 60. Проведены также низкотемпературные (<80°С) испытания СВЧ - обработанных сплавов циркония в реакторе СМ - 2. Цен- тральный канал реактора СМ - 2, изготов- ленный из СВЧ - обработанного с последую- щим отпуском 500°С, 24 ч сплава Zr- 2,5%Nb, проработал в течение ∼ 5 лет. Флю- енс быстрых нейтронов в центральной части канала за этот период достиг ∼ 1023 см-2. Тем- пература облучения составляла ∼ 80°С. В облучательном устройстве с перфориро- ванными стенками для протока дистиллиро- ванной воды [3] на двух уровнях были раз- ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 1999.№2 СЕРИЯ: ФИЗИКА РАДИАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ И РАДИАЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ . (77) С.33-41 33 мещены отрезки трубок для изучения их ра- диационного роста. Устройство устанавли- валось в ячейку ДЭК - 3 реактора СМ - 2 и выдерживалось в реакторе в течение 46,63 эфф. суток. Температура облучения образцов составляла 50…60°С, а флюенс быстрых нейтронов - 6,9⋅⋅ 1020 и 7,2⋅1020 см-2. Таблица 1. Исходные характеристики образцов для проведения радиационных экспериментов Матери- ал заготов- ки Режим термооб-ра- ботки Тип образцов Основные размеры, мм Давление аргона, атм Индексы роста GL GT GR 1 2 3 4 5 6 7 8 Zr - 2,5%Nb Отжиг 550°С, 5 ч Трубки под давле- нием ∅13,8×0,65 60 Отрезки труб ∅15×1,25×80 - Стержни ∅6×80 - 0,90 0,43 0 Ударные (Шарпи) ∅6×4 - - - - Ударные (Изода) ∅5×4 - Кольца ∅15×1,25×3,0; ∅13,8×0,65×3,0 - - СВЧ Ударные Шарпи ∅6×4 - СВЧ + 560°С, 75 ч Ударные Шарпи ∅6×4 - СВЧ + 560°С, 100 ч Ударные Шарпи ∅6×4 - СВЧ + 540°С, 100 ч Трубки под давле- нием ∅13,8×0,65 90 Отрезки труб ∅15×1,25 - Ударные (Изода) ∅5×4 Кольца ∅15×1,25×3,0; ∅13,8×0,65×3,0 - - СВЧ + 580°С, 24 ч Трубки под давле- нием ∅13,8×0,65 60 Отрезки труб ∅15×1,25 - Ударные ∅5×4 - (Изода) Кольца ∅15×1,25×3,0; ∅13,8×0,65×3,0 - - - - СВЧ (900°С) +500°С, 24 ч Стержни ∅6×80 - 0,05 0,09 0 СВЧ Стержни ∅6×80 - 0,32 0,03 0** ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 1999.№2 СЕРИЯ: ФИЗИКА РАДИАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ И РАДИАЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ . (77) С.33-41 33 (950°С) +500°С, 24 ч Zr - 1%Nb Отжиг 580°С, 3 ч Трубки под давлением ∅9,15×0,7 100 87 0,69 -0,20 -0,49 Цилинд- рические разрыв- ные ∅3×15 -5 -6 -7 -8 Отрезки труб ∅9,15×0,7×80 - 0,69 -0,20 -0,49 СВЧ + 500°С, 24 ч Трубки под давлением ∅9,1×0,7 85 115 -0,05 -0,09 0,14 Отрезки труб ∅9,1×0,7 - -0,05 -0,09 0,14 СВЧ + 550°С, 10 ч Цилинд- рические разрыв- ные ∅3×15 - - - - СВЧ + 550°С,100 ч Отрезки труб ∅9,1×0,7×80 - - - - 1.3. МЕТОДИКИ ПОСЛЕРЕАКТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Для определения ползучести трубчатых образцов, нагруженных внутренним газовым давлением, в защитной камере после каждо- го этапа облучения проводили измерения с помощью микрометра их диаметров в двух взаимно-перпендикулярных направлениях, результаты которых сопоставляли с данны- ми измерений до облучения. Деформацию радиационного роста труб в продольном направлении определяли изме- рениями изменений длины отрезков труб и стержней по отношению к эталонным образ- цам с помощью устройства, содержащего индикатор часового типа с ценой деления шкалы 0,002 мм [4]. Испытания кольцевых образцов на раз- рыв при растяжении проводили на дистан- ционной разрывной метрологически аттесто- ванной машине 1391 - У/1. Использовали опоры в захватах машины диаметром 8 мм. При этом расчетная длина рабочей части для колец ∅15×1,25 мм составляла 10,9 мм, а для колец ∅13,8×0,65 мм - 10 мм. Скорость дви- жения активного захвата поддерживали на уровне 1 мм/мин. Цилиндрические (малые гагаринские) об- разцы испытывали на разрыв в машине ММ - 150Д со скоростью движения активного за- хвата также 1 мм/мин. Ударную вязкость образцов определяли с помощью испытаний их на дистанционном копре КМД - 30 молотом массой 30 кг. Ис- пытания проводили при комнатной и повы- шенных температурах. 2. РЕЗУЛЬТАТЫ Из рис.1 следует, что упрочнение ∆σ0,2 об- разцов сплава Zr-2,5%Nb, вырезанных из ка- нальной трубы штатного производства, со- ставило ∼ 33%, что сравнимо с этой величи- ной для штатных труб, приведенной в [2,3]. Пластичность уменьшилась на 40%, что меньше этой величины, приведенной в [2] (∼90 %), и это возможно, обусловлено отсут- ствием в наших экспериментах наводоражи- вания в отличие от экспериментов, описан- ных в [2], где охрупчивание является ре- зультатом совместного действия облучения и наводораживания. Прочностные характеристики облученно- го СВЧ - обработанного сплава практически не отличаются от этих характеристик для облученного сплава с исходной обработкой, ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 1999.№2 СЕРИЯ: ФИЗИКА РАДИАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ И РАДИАЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ . (77) С.33-41 33 а так как СВЧ - обработка приводит к увели- чению прочности в исходном состоянии, то радиационного упрочнения СВЧ - обрабо- танного сплава практически не наблюдается. Пластичность уменьшилась на ∼ 70% и составляет 7,5%, что вдвое меньше этой ве- личины для штатной продукции. В СВЧ - обработанном сплаве Zr-1%Nb облучение приводит к значительному упроч- нению (∆σ0,2 - 250%) и весьма малому охруп- чиванию (30 %, рис.2, 3). В таблице 2 приведены значения дефор- мации и скоростей радиационной ползуче- сти штатных и СВЧ - обработанных образ- цов каркасных труб из сплава Zr-2,5%Nb. Видно, что радиационная деформация СВЧ - обработанных труб в 80…10 раз меньше этой величины для труб штатного исполне- ния, а скорость ползучести (в предположе- нии линейного возрастания деформации) практически на порядок ниже, чем у труб штатного производства и составляет (1,3… 4,8)⋅10-4 %/ч (для труб штатного произ- водства эта величина составила 2,8⋅10-3 %/ч). Рис.1. Прочностные и пластические характеристики кольцевых образцов каркасной трубы ∅15× 1,25×3 мм из сплава Zr-2,5%Nb в исходном и СВЧ - обработанном состояниях до и после облучения в реакторе БОР - 60 при 350°С ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 1999.№2 СЕРИЯ: ФИЗИКА РАДИАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ И РАДИАЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ . (77) С.33-41 33 Рис.2. Прочностные характеристики стержневых образцов из сплава Zr-2,5%Nb в исходном и СВЧ – обработанном состояниях до и после облучения в БОР - 60 при 350°С ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 1999.№2 СЕРИЯ: ФИЗИКА РАДИАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ И РАДИАЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ . (77) С.33-41 33 Рис.3. Кратковременные механические свойства до и после облучения в реакторе БОР - 60 при температуре 350°С цилиндрических образцов из исходного и СВЧ - обработанного сплава Zr-1%Nb Таблица 2. Деформация ползучести труб из сплава Zr- 2,5%Nb в исходном и СВЧ - термообработанном состояниях после облучения при 350оСв течение 3736 ч Термообра- ботка Ф×10-26, н/м2 σθ, МПа ε, % отжиг 550оС, 5 ч 1,2 1,2 130 130 7,9 10,5 СВЧ + 540оС, 100 ч 0,68 1,2 190 190 1,2 1,8 СВЧ + 580оС, 24 ч 0,68 1,2 130 130 0,5 1,5 Для твэльных труб из сплава Zr-1%Nb штатного производства деформация, вызван- ная радиационной ползучестью, существен- но не отличается от этой величины, наблю- даемой в СВЧ - обработанных образцах (рис.4). Рис.4. Зависимость деформации ползучести труб из сплава Zr-1%Nb в поперечном направле- нии в исходном и СВЧ - термообработанном состояниях от флюенса быстрых нейтронов На рис.5 приведены значения температур- ной зависимости ударной вязкости (по Изо- ду) облученных до флюенсов (0,8…1,1)⋅1026 м-2 при Тобл = 350°С образцов сплава Zr- 2,5%Nb термообработанных по режимам от- жига 550°С, 5 ч (�), СВЧ + 540°С, 100 ч (�) и СВЧ + 580°С, 24 ч (∆). Испытания облучен- ных материалов показали, что с учетом раз- броса данных при низких температурах 20 и 100°С ударная вязкость отожженных образ- цов типа Изода не отличается от соответ- ствующих значений для отожженных образ- цов типа Шарпи, приведенных в работе [4]. Рис.5. Ударная вязкость исходного и СВЧ - тер- мообработанного сплава Zr-2,5%Nb после облучения Из рис.5 видно, что ударная вязкость об- лученных СВЧ - обработанных образцов су- щественно зависит от режимов отпуска и может быть больше или меньше этой ве- личины для сплава в исходном состоянии. Обращает на себя внимание смещение тем- пературы, при которой происходит восста- новление исходной ударной вязкости, на 200°С в сторону низких температур для сплава, отожженного после СВЧ - обработки в течение 100 ч при 540°С и на 100°С для металла отожженного в течение 24 ч при 580°С. 3. ОБСУЖДЕНИЕ Итак, СВЧ - обработанный сплав Zr- 2,5%Nb практически не упрочняется под об- лучением; при этом пластичность его умень- шается на 70%. Скорость радиационной пол- зучести сплава практически на порядок ниже, чем у сплава в исходном состоянии и составляет (3,2…4,8)⋅10-4 %/ч. Воздействие облучения на сплав Zr-1%Nb в СВЧ - обработанном состоянии приводит к диаметрально противоположному результату ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 1999.№2 СЕРИЯ: ФИЗИКА РАДИАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ И РАДИАЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ . (77) С.33-41 33 - сплав упрочняется в 2,5 раза по сравнению с этой величиной для необлученного состоя- ния; пластичность при этом уменьшается всего на 30%, скорость ползучести практиче- ски такая же, как у сплава в исходном состо- янии. Приведенные результаты не позволяют в полной мере составить мнение о механизмах упрочнения и охрупчивания сплавов под действием облучения, тем более при отсут- ствии данных о микроструктурном состоя- нии исследуемых материалов после облуче- ния. Поэтому здесь мы ограничимся каче- ственными представлениями с учетом дан- ных микроструктурных исследований спла- вов до облучения. Отсутствие упрочнения и одновременное возрастание хрупкости СВЧ - обработанного сплава Zr-2,5%Nb можно было бы объяснить по аналогии с подобным явлением в некото- рых марках сталей (например, стали типа 15Х2МФА) [6]. Приведенные в этой моно- графии данные свидетельствуют о том, что радиационное охрупчивание может быть обусловлено не только стопорными и ба- рьерными механизмами радиационного упрочнения, но и другими эффектами. Так, например, атомы некоторых примесных эле- ментов могут уменьшать величину поверх- ностной энергии границ раздела, ослаблять межзеренную когезию и тем самым не изме- нять или снижать величину предела текуче- сти, облегчать зарождение или распростра- нение трещин, повышать критическую тем- пературу хрупкого разрушения. Отсутствие же упрочнения можно было бы объяснить рекомбинацией радиационных точечных дефектов на особенностях микро- структуры созданных СВЧ - термообра- боткой, а именно: высокой плотностью коге- рентно связанных с матрицей выделений второй фазы, большим количеством двойни- ков превращения, а также усилением реком- бинации при распаде твердых растворов (табл.3). Этим же явлением усиления рекомбина- ции точечных дефектов можно было бы объ- яснить значительное (на порядок) уменьше- ние скорости радиационной ползучести СВЧ - обработанного сплава Zr-2,5%Nb. Следует отметить, что в аналогичных условиях облу- чения СВЧ - обработанный сплав Zr-1%Nb “ползет” практически с такой же скоростью, как и сплав с исходной обработкой. Микро- структура этого сплава в исходном состоя- нии существенно отличается от микрострук- туры сплава Zr-2,5%Nb, во-первых, отсут- ствием двойников превращения, во-вторых, меньшим на 2 порядка количеством вторич- ных фаз (рис.6), и, в-третьих, большим раз- мером зерен – 150…200 мкм, что, возможно, и обусловливает высокий - Таблица 3. Основные механизмы рекомбинации точечных дефектов Механизм Сущность 1. Рекомбинация на когерентных выделениях (Бакай А.С., Туркин А.А. [8]) При достаточно большой объемной доли когерентных выделений и более высокой скорости рекомбинации в них точечных дефек- тов, чем в матрице, можно предполагать заметный вклад этого ме- ханизма в уменьшение концентрации точечных дефектов. 2. Центры рекомбинации пере- менной полярности (в частности, на двойниках) (Бакай А.С., Зеленский В.Ф., Не- клюдов И.М. [9,10]) Стоками для точечных дефектов являются границы двойников. Смещенные атомы охотно мигрируют к двойникующей дислока- ции как в более разреженное место и создают сжимающие напря- жения в ядре дислокации. Релаксация этих напряжений обеспечи- вается притоком вакансий, после чего вновь меняется знак напря- жений и т. д. 3. Принудительная рекомбина- ция (Паршин А.М. [11]) Экспериментально установлено неизвестное ранее явление усиле- ния рекомбинации разноименных радиационных дефектов в упру- го искаженных областях твердорастворных сплавов, возникаю- щих при развитом непрерывном, однородном распаде с сильно выраженным инкубационным периодом и значительной объемной дилатацией на границе раздела формирующаяся вторичная фаза – матрица выраженным. ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 1999.№2 СЕРИЯ: ФИЗИКА РАДИАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ И РАДИАЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ . (77) С.33-41 33 уровень пластичности после облучения (∼20%, см. рис 5) по сравнению с этой ве- личиной для исходного мелкозернистого ма- териала (∼ 10 мкм) равного 10%. Рис.6. Изменение размера и плотности выде- лений в СВЧ - обработанном сплаве По-видимому, восстановление исходного значения ударной вязкости сплава циркония с отжигом можно объяснить по аналогии с подобным явлением, наблюдаемым на ста- лях - т.е. отжигом радиационных дефектов, причем в СВЧ - обработанных сплавах этот процесс идет намного быстрее, вероятно, по- тому, что в этом материале исходная плот- ность дефектов ниже, чем в сплаве, приго- товленном по штатной технологии. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Дуглас Д.. Металловедение циркония. М.: Атомиздат, 1975. 2. Родченков Б.С., Ривкин Е.Ю., Васнин А.М., Платонов П.А., Синельников Л.П. Прочность труб технологических каналов // ВАНТ. Сер.: Материалове- дение и новые материалы. 1990. Вып. 2(36). С.14-21. 3. Hosbons R.R., Daries P.H., Griffiths M., Sagat S., Coleman C.E. Effect of long term irradiation on the fracture properties of Zr - 2,5% Nb pressure tubes // 12 In- ternational Symposium on Zr in the Nu- clear Industry, Toronto, 1998. 4. Зеленский В.Ф., Стукалов А.И., Неклю- дов И.М. и др. Скоростная высокоча- стотная термообработка и радиацион- ный рост циркониевых сплавов // Тру- ды Международной конференции по радиационному материаловедению. Алушта, 22-25 мая 1990 г. Т.4. Харь- ков: ХФТИ, 1990. С.55-64. 5. Зеленский В.Ф., Стукалов А.И., Неклю- дов И.М. и др. Воздействие облучения на деформацию и механические свой- ства СВЧ-обработанных циркониевых сплавов // ВАНТ. Сер.: ФРП и РМ. 1996. Вып.1(64). С.39-50. 6. Паршин А.М., Неклюдов И.М., Камы- манченко Н.В. и др. Физика радиаци- онных явлений и радиационное мате- риаловедение. Москва, С. Петербург, Белгород, 1998. 7. Кобылянский Г.П., Новоселов А.Е.. Ра- диационная стойкость циркония и сплавов на его основе. Справочное издание по реакторному материаловедению. Димитровград, 1996. 8. Бакай А.С., Туркин А.А. О влиянии вы- делений вторых фаз на порообразова- ние в сплавах под облучением // Пре- принт ХФТИ 92-44. Харьков: ХФТИ, 1992. 22с. 9. Бакай А.С., Зеленский В.Ф., Неклюдов И.М. Центры рекомбинации точечных дефектов переменной полярности // ЖТФ. 1987. Т.57. №12. С.2371-2374. 10. Гиндин И.А., Неклюдов И.М., Чиркина Л.И., Оковит В.С. Взаимодействие ра- диационных дефектов с дефектами ис- ходной структуры металлов и радиа- ционно-механическое упрочнение // Труды конференции по реакторному материаловедению. Алушта, 29 мая- 1июня 1978. Т.3. М.: ЦНИИИатомин- форм, 1978. С.111-127. 11. Паршин А.М., Неклюдов И.М, Горынин И.В. Структура и радиационная повре- ждаемость конструкционных материа- лов. Ч.3. М.: Металлургия, 1996. ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 1999.№2 СЕРИЯ: ФИЗИКА РАДИАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ И РАДИАЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ . (77) С.33-41 33 ВВЕДЕНИЕ Исходные характеристики образцов для проведения радиационных экспериментов СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Особенности радиационного упрочнения и ползучести СВЧ - термообработанных сплавов Zr-Nb

Репозитарії

Схожі ресурси