книги из ГПНТБ / Ривкин, Е. Ю. Прочность сплавов циркония

П р и м е ч а н и е . В скобках приведены значения для поперечно вырезанных образцов; звездочкой отмечено поперечное сужение.

Сплав циркалой-2 в необлученпом состоянии проявляет склонность к деформационному старению, одним из результатов которого является появление площадки текучести на кривых растяжения. Величина деформационного старения сплава зави­ сит от уровня приложенных напряжений, скорости деформиро­ вания, степени предшествующей деформации и температуры. Облучение приводит к постепенному уменьшению деформацион­ ного старения сплава при температуре 250—350°С при увеличе­ нии интегрального потока нейтронов от 5-1017 до (3-М) X Х1019 см~2 (Е> 1 Мэе). При больших потоках эффект облуче­ ния резко падает. Степень уменьшения деформационного ста­ рения при облучении в листовом циркалое-2 зависит от тек­ стуры [64].

Для облученного при 280°С в потоке 2,7-1020 нейтрон/см2 отожженного сплава циркалой-2 восстановление прочностных свойств в результате отжига в течение одного часа начинается с температуры •~300°С и происходит полностью при температу­ ре 500°С. Для холоднодеформированного (на 13—25%) сплава частичное снятие радиационного упрочнения, вызванного облу­ чением при 280° С, имеет место уже в процессе облучения. Пол­ ное восстановление свойств происходит в результате отжига в течение одного часа при температуре 700° С [95].

Обнаружено, что степень радиационного упрочнения этого спла­ ва заметно зависит от структурного состояния (табл. 3.13). После облучения в интегральном потоке нейтронов 3-1020 см~2 при температуре 250—325° С наиболее высокая абсолютная ве­ личина радиационного упрочнения сплава Zr — 2,5%Nb наблю­ дается в закаленном из p-области состоянии. Далее по степени радиационного упрочнения следует закаленное из (а+р)-об­ ласти состояние. Старение при 500° С после закалки приводит к уменьшению величины радиационного упрочнения [190]. Наи­ меньшая величина радиационного упрочнения характерна для отожженного в a-области и холоднодеформированного (на 20— 40%) состояний. Относительная величина радиационного упроч­ нения наиболее высока для отожженного из (а + Р)-области состояния и составляет 75% при температуре 20° и 142% при

300° С (см. табл. 3.13).

При одном и том же интегральном потоке нейтронов облу­ чение при температуре 50—100° С обусловливает меньшее уп­ рочнение, чем облучение при 250—325° С (рис. 3.8). К несколько меньшему упрочнению приводит и облучение при 375° С, что связано с частичным отжигом радиационных дефектов непо­ средственно в процессе облучения.

62

состояниях (рис. 3.9) показывает, что величина радиационного упрочнения чувствительна к уровню пересыщения твердого раствора ниобием, определяемого предшествующей облучению термической обработкой. Электронно-микроскопическое исследо­ вание облученных фольг сплава Zr — 2,5 %Nb позволило обна-

Рис. 3.9. Влияние облучения на изменение степени пере­ сыщения твердого раствора ниобием и механические свойства сплава Zr — 2,5% Nb в процессе старения:

ружить тесную связь величины радиационного упрочнения с суб­ структурными изменениями, происходящими в результате облу­ чения при различной температуре, и выявить причины изменения степени радиационного упрочнения сплава в различных струк­ турных состояниях [190].

Облучение при 300° С в потоке 3 -1020 нейтрон/см2 (£>1 Мэе) приводило к образованию скоплений радиационных дефектов

66

средним диаметром 25А и плотностью — 2 • 1017 см~г в зака­ ленном из p-области сплаве. В закаленном из (а + Р)-области сплаве, наряду со скоплениями дефектов средним диаметром ~30А и плотностью 1016—1017 смгъ, в призматических плоско­

ций. В связи с этим, чем выше степень пересыщения твердого раствора ниобием, тем меньших размеров скопления дефектов, образовавшиеся при облучении, и тем выше соответственно ве­ личина радиационного упрочнения. Старение после закалки приводит к снижению пересыщения ниобием твердого раствора, в результате этого скопления радиационных дефектов могут достигать больших размеров; соответственно снижается величи­ на радиационного упрочнения.

Для закаленного от 880—800° С сплава уменьшение поперечного сужения после облучения в потоке 3-1020 нейтрон/см2 при 300° С относительно невелико и не превышает 10—15%, в то время как для закаленного от температуры >880° С сплава оно достигает 90—95%. Старение при температуре 500° С в течение до 100 ч практически не изменяет характера поведения сплава после облучения [75].

Электронно-микроскопическая фрактография выявила резкое различие в характере развития разрушения облученного сплава Zr — 2,5% Nb в закаленном из |3- и (a + р)-областей состояниях. Закаленный из p-области сплав характеризуется хрупким раз­ рушением с образованием трещин по границам зерен, в то время

деформационного упрочнения в результате облучения, а также с весьма большой крупнозернистостью сплава в этом структур­ ном состоянии. Однако превалирующим фактором, по-видимому, является снижение деформационного упрочнения. Это согла­ суется с тем, что закаленный из p-области сплав циркалой-2 склонности к охрупчиванию после облучения не проявляет.

После закалки из (a + р)-области более пластичная а-фаза циркония располагается преимущественно по границам превра­ щенной p-фазы циркония и способствует развитию вязкого раз­ рушения. После облучения степень деформационного упрочнения

5* 67

a-фазы циркония в сплаве 2г — 2,5%Nb увеличивается [190] и в связи с этим вязкое разрушение сохраняется и после облуче­ ния. После двойной закалки сплава (первоначально из р-об'ла- сти, а затем из (a + Р)-области) наблюдается такое же резкое падение пластичности при последующем облучении, как и после

Рис. 3.10. Влияние температуры закалки на пла­ стичность сплава Zr — 2,5% Nb при 20 (а)

и300°С (б):

/—необлученное состояние; 2 —после облучения.

закалки, только из p-области. Зерна a-Zr в этом случае имеют пластинчатую форму и располагаются преимущественно внутри превращенной p-фазы циркония, не препятствуя развитию хруп­ ких трещин по границам превращенной p-фазы циркония.

Характер изменения механических свойств при облучении и зависимость степени радиационного упрочнения от интеграль-

68

пого потока нейтронов и температуры облучения, а также от

ного из (а + р)-области с последующим старением и без него и отожженного из (а + Р)-области сплава Zr — 2,5%Nb — 0,5%Си от интегрального потока нейтронов подчиняется выражению.

Да = KV~0'5 [ 1 - exp (— аУФ)0,5],

где V — эффективный объем препятствий для деформации, обус­ ловленных облучением; Ф — интегральный поток нейтронов; а —

Влияние облучения на степень упрочнения отожженных спла­ вов Zr — 2,5%Nb, Zr — 2,5%Nb — 0,5% Си и циркалоя-2 раз­ лично. После облучения при 280° С степень упрочнения сплавов с ниобием заметно выше. Об этом свидетельствует и сравнение данных по влиянию облучения при 45° С на механические свой­ ства отожженных в a-области сплавов циркалой-2 и Zr — 3%Nb — 1 %Sn [104].

Различие в степени радиационного упрочнения циркалоя и сплавов с ниобием обусловлено, как полагают, стабилизирую­ щим действием ниобия на радиационные дефекты, в результате чего накопление радиационных повреждений происходит быст­ рее, чем в сплавах типа циркалой. В частности, в работе [69] показано, что для сплава Zr — 2,5%Nb — 0,5% Си, отожженного в (а + р)-области, накопление радиационных повреждений в про­ цессе облучения при 300° С происходит в —10 раз быстрее, чем в сплаве циркалой-2.

Отжиг в течение одного часа при температуре 400° С после облучения в потоке 3-1020 нейтрон/см2 закаленных из (а+р)-об-

в результате отжига при 600° С [69].

Данные о влиянии облучения на механические свойства сплава Z r— l%Nb в зависимости от дозы, температуры облуче­ ния и структурного состояния весьма ограничены. В работе [1] установлено, что облучение при 284° С в потоке 1,6Х Х1018 нейтрон/см2 отожженного сплава Zr — l%Nb приводит к увеличению предела прочности на 43 и 103% соответственно при

стигает 120%. Дальнейшего снижения общего удлинения прак­ тически не происходит. Облучение при 130°С в потоке 3,5х

69