Курсовой проект по теме: Разработка материала на основе системы сплавов

цирконий - ниобий для оболочки тепловыделяющего элемента реактора на тепловых

нейтронах» выполнила: Крикун Е. В. Группа: Ф8-04 Руководитель: Сучков А. Н. Москва, 2012

твэл подвергается:
радиационному воздействию нейтронов;
механическому воздействию;
термическому воздействию;
коррозионному воздействию теплоносителя и продуктов

деления топлива .

- непрерывная взаимная растворимость Nb и Zr в жидком и

твердом состояниях. Фазы (β-Zr) и (Nb) имеют ОЦК структуру. При охлаждении происходит монотектоидный распад.

Для фиксирования структуры ω-фазы при комнатной температуре, концентрация Nb > 0,7 ат. %

пластичность, уровень поглощения водорода и скорость ползучести сплава.
Скорость ползучести
Механические свойства
Поглощение

водорода

Основа: Zr + 2,5% Nb

583,15 К
а= Тр/ Тпл=0,514 > 0,3
σр=200 МПа log(σр)=4,462
Вид деформации: дислокационная

ползучесть

на критическую температуру хрупкости
1 – без облучения,
2 –нейтронное облучение
Схематическое

изображение влияния облучения на ползучесть сплава

Коррозия в воде и паре при различных температурах

газообразных продуктах деления топлива UO2;
радиационная стойкость, включая сопротивление:
радиационной ползучести;
радиационному

росту;
радиационному охрупчиванию;
НТРО.
низкое сечение захвата нейтронов;
технологичность.

развития трещины от коэффициента интенсивности напряжения
Влияние водорода на механические

свойства циркония

Защитные покрытия
Отжиг
Легирование:
Cr, Fe – снижают поглощение водорода,
Ni – повышает

Пути борьбы

Zr в воде при 350°С
Влияние ЛЭ на поглощение цирконием водорода

Sn, Fe, Cr, Cu - упрочняют сплав и повышают коррозионную стойкость
Fe, O - повышают радиационную стойкость
Hf, Ta, Sb, W, Ag, B, Co имеют высокое сечение захвата нейтронов
Ti, Pb, C, Al, V, B, Ge, Pd, Mo, Ni, W снижают коррозионную стойкость сплава
Be – образует с Zr легкоплавкую эвтектику
Pt, Au – имеют высокую стоимость
N, H, F - вредные примеси

Новая основа сплава: Zr+1%Nb

Состав сплава: Zr+1,0%Nb+0,5%Sn+0,14Fe+0,13O

ликвацией, неоднородное распределение интерметаллидов
Ковка в области
(α+β)-фазы
(870-985°С =>
700-820°С)
Закалка

для исключения неравномерного распределения интерметаллидных частиц

Холодная прокатка для получения тангенциальной ориентации гидридов

Отжиг 550°С, 10 ч

Обработка внешней поверхности: импульсным электронным воздействием и плакировка чистым Zr

Стабилизация СФС

сплавов Zr - Nb) тепловыделяющего элемента водо-водяного реактора ВВЭР-1000 сформулированы

основные требования:
жаропрочность;
коррозионная стойкость в воде с аммиачно-калиевым режимом и продуктах деления топлива;
радиационная стойкость, включая сопротивление радиационной ползучести, росту, радиационному охрупчиванию и НТРО;
технологичность.
Изучено влияние условий эксплуатации, состава и структурно-фазового состояния цирконий-ниобиевого сплава на его стойкость к водородному охрупчиванию. Для снижения отрицательного влияния гидридной фазы предложено
легирование элементами, снижающими поглощение водорода;
проведение отжига для снятия остаточных напряжений;
модифицирование поверхности импульсным электронным пучком для снижения поглощения водорода сплавом.
Разработан состав сплава для оболочки твэла: Zr+1,0%Nb+0,5%Sn+0,14%Fe+0,13%O.
Показано, что сплав обладает высокой работоспособностью, радиационной стойкостью, коррозионной стойкостью в воде аммиачно-калиевого режима, технологичностью.
Предложены основные меры по обеспечению стабильности структурно-фазового состояния материала в эксплуатационных условиях.
Разработана технологическая схема изготовления конечной конструкции оболочки тепловыделяющего элемента из сплава Zr+1,0%Nb+0,5%Sn+0,14%Fe+0,13%O.

для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.:

Энергоатомиздат, 2002. – 464 с.
Дементьев Б.А. Ядерные энергетические реакторы: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 352 с.
Активные зоны ВВЭР для атомных электростанций. Шмелев В.Д., Драгунов Ю.Г., Денисов В.П., Васильченко И.Н. - М.: ИКЦ "Академкнига", 2004. - 220 с.
Физическое материаловедение: Учебник для вузов. В 6 т./ Под общей ред. Б.А. Калина. – М.: МИФИ, 2008. – Т.6. Ч.1. Конструкционные материалы ядерной техники. /Б.А. Калин, П.А. Платонов, И.И. Чернов, Я.И. Штромбах. – М.: МИФИ, 2008. – 672 с.
Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: В 3 т.: Т. 3. Кн. I / Под общ. ред. Н.П. Лякишева. - М.: Машиностроение, 2001. - 872с.
Справочник по конструкционным материалам: Справочник / Б.Н. Арзамасов, Т.В. Соловьева, С.А. Герасимов и др.; Под ред. Б.Н. Арзамасова, Т.В. Соловьевой. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005.- 640 с.
Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники: Справочник.- М.: Атомиздат, 1968 – 486 с.
Овчинников Ф.Я., Семенов В.В. Эксплуатационные режимы водо-водяных энергетических реакторов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 359с.
David B. Knorr, Michael R. Notis -Deformation mechanism mapping of α-Zr and zircaloy-2. - Journal of nuclear materials 56 (1975), p. 18-24
Займовский А.С., Никулина А.В., Решетников Н.Г. Циркониевые сплавы в атомной энергетике. – М.: Энергоиздат, 1981. – 232 с.
Шишов В.Н., Перегуд М.М., Никулина А.В., Целищев А.В., Новоселов А.Е., Г.П.Кобылянский, З.Е. Островский, В.К.Шамардин, В.Н.Обухов Влияние химического состава циркониевых сплавов на формирование микроструктуры и радиационный рост // Вопросы атомной науки и техники, серия: Материаловедение и новые материалы, Выпуск 2 (65), 2005 г., С. 10-21.
Дуглас Д. Металловедение циркония. – М.: Атомиздат, 1975. – 340 с.
Блюменталь У.Б. "Химия циркония" М.: ИИЛ, 1963. - с. 142-160
Химия и токсикология [Электронный ресурс] / Под ред. Кипер Р.А., 2002. - Режим доступа: http://chemister.ru/index.html свободный.
Колачев Б. А. Водородная хрупкость металлов. – М.:Металлургия, 1985. – 217 с.
Лупаков И.С., Клюшин В.В., Кузьмичев Ю.С. и др. – В кН.:Вопросы атомной науки и техники. Серия «Реакторостроение», вып. 2 (16). М: ЦНИИатоминформ., 1977.- с.12-15.
Черняева Т.П., Стукалов А.И., Грицина В.М. Влияние кислорода на механические свойства циркония//Журнал Вопросы атомной науки и техники №1, Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (12), 2002. - с.96-102.
Маркелов В.А., Рафиков В.З., Никулин С.А.,В.И.Гончаров, В.Н.Шишов, А.Ю.Гусев и Э.К.Чеснокова. Изменение микроструктуры сплава циркония с оловом, ниобием и железом при деформационно-термической обработке // Физика металлов и металловедение. 1994. Т.77, вып. 4. С.70-79.
Парфенов Б. Г., Герасимов В. В., Венедиктова Г. И. Коррозия циркония и его сплавов. - М.: Атомиздат, 1967. - 257 с.
Шишов В.Н., Никулина А.В., Целищев А.В., Перегуд М.М. и др. «Радиационно-индуцированный рост и изменения микроструктуры в циркониевых сплавах» // Вопросы атомной науки и техники, серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение, Выпуск 3 (69), 4 (70), 1998 г., С. 68 .
Пилипенко Н.Н. Влияние фтора на восприимчивость сплавов Zr-Nb к высокотемпературному окислению//Журнал Вопросы атомной науки и техники №6, Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (19), 2011. - с. 18-23.
Балашов А.А., Маркелов В.А., Шишов В.Н., Хохунова Т.Н., Горская Н.Ю., Саблин М.Н. «Влияние добавок кислорода и железа на прочность, сопротивление ползучести и коррозионную стойкость сплава Э110» // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Материаловедение и новые материалы. 2008. Вып. 1(70). С. 13-20.
Миллер Г.Л. Цирконий перевод с англ. под ред. С.Г. Глазунова и Л.А. Киселева. - М.: Издательство иностранной литературы, 1955. - 392с.
Пушилина Н. С. Исследование модификации поверхности циркониевого сплава импульсным электронным пучком.- Автореф. дис…канд. физ.-матем. наук 7.12.11/Томск. ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет», 2011. – 18с.
Ластман Б. Керз Ф. Металлургия циркония. М. Иностр. лит-ра, 1959, с. 91-131
Шульга А.В. Методы и техника получения быстрозакаленных сплавов. Учебное пособие. – М.: МИФИ, 2001. – 84 с.
Физическое материаловедение: Учебник для вузов. В 6 т./ Под общей ред. Б.А. Калина. – М.: МИФИ, 2008. – Т.5. Материалы с заданными свойствами. /М.И.Алымов, Г.Н.Елманов, Б.А. Калин, А.Н.Калашников, В.В. Нечаев, А.А. Полянский, И.И. Чернов, Я.И. Штромбах, А.В. Шульга. – М.: МИФИ, 2008. – 672 с.