ВЛИЯНИЕ ОБРАБОТКИ В ГАЗОВЫХ СРЕДАХ НА СВОЙСТВА ПРИПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ОБРАЗЦОВ-КОЛЕЦ ИЗ СПЛАВА Zr1%Nb

Труш В.С., к.т.н., Лукьяненко А.Г. к.т.н.,
Физико-механический институт им. Г.В. Карпенко НАН Украины,
 г. Львов, Украина
е-mail: trushvasyl@gmail.com


ВЛИЯНИЕ ОБРАБОТКИ В ГАЗОВЫХ СРЕДАХ НА СВОЙСТВА ПРИПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ОБРАЗЦОВ-КОЛЕЦ ИЗ СПЛАВА Zr1%Nb

Благодаря сочетанию уникальных физико-механических свойств с низким сечением поглощения тепловых нейтронов делает цирконий и его сплавы безальтернативным конструкционным материалом для работы в активной зоне реакторов на тепловых нейтронах [1]. Значительное влияние на служебные свойства изделий из циркония и его сплавов оказывают элементы внедрения (кислород, азот), особенно растворенные в приповерхностном слое металла, однако данные об этом влиянии остаются ограниченными и противоречивыми [2, 3]. Химико-термическая обработка (ХТО) является одним из эффективных и простых методов управления структурой и характеристиками приповерхностных слоев металлов [4]. Поэтому целесообразно расширение представлений о влиянии элементов внедрения, растворенных в приповерхностном слое металла, на свойства ТВЕЛьных трубок из сплава Zr1%Nb.
Исследовали кольца-образцы, вырезанные из изготовленной в Украине ТВЭЛьной трубки, из сплава Zr1%Nb [5]. ХТО колец-образцов выполняли в контролируемых кислород- и азотсодержащих газовых средах по различным режимам (табл. 1).

Таблица 1. Режимы ХТО колец-образцов из сплава Zr1%Nb

В результате ХТО увеличилась масса образцов и изменилась твердость в приповерхностном слое металла (табл. 2). Так, наибольший прирост массы образцов зафиксирован после ХТО по режиму Р2. Понижение давления активных газов технологической среды ожидаемо привело к уменьшению прироста массы образцов после режимов Р3 и Р4. Использование азота Р5 как технологической среды значительно уменьшило прирост массы образцов, что связано с его меньшей реакционной активностью и диффузионной подвижностью в цирконии при температуре Т = 650°С по сравнению с кислородом.

Таблица 2. Влияние режимов ХТО на прирост массы


При всех режимах ХТО образуется упрочненный приповерх¬ностный слой размером до 16…20 мкм с незначительным градиентом твердости (рис. 1). Только после ХТО по режиму Р2 твердость поверхности и её градиент в приповерхностном слое существенно выше по сравнению с другими обработками.

Рис. 1 Распределение твердости по сечению образцов-колец с сплава Zr1%Nb после ХТО за режимами:
1 – Р1; 2 – Р2; 3 – Р3;
4 – Р4; 5 – Р5.
Итак, нами показано, влияние обработки в контролируемых кислород- и азотсодержащих средах на прирост массы и распределение твердости в приповерхностном слое колец-образцов из сплава Zr1%Nb.
Список использованных источников. 1. Займовский A. C., Никулина A. B., Решетников Н. Г. Циркониевые сплавы в атомной энергетике. – М.: Энергоиздат, 1981. – 253 с. 2. Черняева Т. П., Стукалов А. И., Грицина В. М. Влияние кислорода на механические свойства циркония // Вопросы атомной науки и техники. Сер.: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники. – 2002. – 12, № 1. – С. 96-102. 3. Войтович Р. Ф. Окисление циркония и его сплавов. – К.: Наук. думка, 1989. – 287 c. 4. Fedirko V. M., Luk’yanenko O. H., and Trush V. S. Influence of the diffusion saturation with oxygen on the durability and long-term static strength of titanium alloys // Materials Science. – 2014. – 50, № 3. – P. 415-420. 5. Виробництво партії трубних заготовок трекс-труб та виготовлення дослідно-промис¬лової партії твельних труб зі сплаву Zr–1Nb із вітчизняної сировини / В. М. Ажажа, Б.В. Борц, І.М. Бутенко та ін. // Наука та інновації. – 2006. – № 4. – С. 64-76.