Файл: Ривкин, Е. Ю. Прочность сплавов циркония.pdf

Пренебрегая участком неустановившейся ползучести, т. е. слагаемым Аоп1 в соотношении (7.14), получаем

Были проведены расчеты для плотности потока быстрых ней­ тронов 1013 и 1014 нейтрон/ (см2-сек). Рассчитанные зависимости

критического давления Ркр от времени нагружения в реакторе оболочек твэлов с различными s/R показаны на рис. 7.3 а, б.

Результаты расчетов показывают, что при ср=1013 ней­ трон/ (см2-сек) влияние ползучести на величину критического

156

давления существенно сказывается через 104 ч, причем это влия­ ние усиливается с уменьшением отношения s/R. При ср=10и ней­ трон/ (см2-сек) влияние ползучести начинает заметно прояв­ ляться уже через 103 ч.

Описанные методы применимы для расчета на устойчивость геометрически правильных труб, не имеющих овальности. Как

зованы при проведении расчетов на прочность и оценке работо­ способности деталей и элементов конструкций ядерных реакто­ ров, изготовленных из циркониевых сплавов.

При оценке прочности и ресурса деталей, изготовленных из сплавов циркония, в самом общем случае используют величины предела текучести и предела прочности, предела длительной прочности и ползучести, характеристики сопротивления цикли­ ческому и хрупкому разрушению. В зависимости от условий нагружения (температуры, среды, облучения, характера на­ грузки, длительности нагружения) какая-либо из перечислен­ ных характеристик прочности оказывается определяющей. Например, размеры труб технологических каналов из сплавов на основе циркония, предназначенных для работы при различ­ ной температуре, определяются кратковременными механиче­ скими свойствами (пределом текучести или пределом прочности в зависимости от упрочнения за пределом текучести) или харак­ теристиками длительного статического сопротивления (пределом длительной прочности или ползучести).

При расчете на ползучесть исходят из недопустимости пла­ стической деформации выше предельной. Это предельное значе­ ние может определяться требованием последующей разбираемости конструкции при ремонте, обеспечением заданных условий теплопередачи между элементами конструкции и исключением возможности их перегрева, а также обеспечением теплосъема с тепловыделяющих сборок в технологических каналах на задан­ ном уровне в условиях возрастания проходного сечения в ре­ зультате ползучести.

Расчеты на сопротивление хрупкому разрушению и усталость проводят с целью определения ресурса детали с учетом действия нейтронного облучения и циклических нагрузок, наличия дефек­ тов и их роста при эксплуатации.

157

Характеристики кратковременной прочности в результате наводороживания и облучения возрастают, как показано в гл. 3, но это увеличение не учитывается при выборе основных раз­ меров деталей из сплава циркония.

Скорость ползучести сплавов на основе циркония заметно возрастает при нейтронном облучении, причем особенно сильное влияние облучения на скорость ползучести наблюдается в об­ ласти температуры и напряжений, характерных для реальных конструкций. Влияние наводороживания на ползучесть зависит от температурного режима нагружения и химического состава сплава. Неизотермический режим нагружения ускоряет ползу­ честь наводороженного сплава Zr — 2,5% Nb по сравнению с изотермическим нагружением при максимальной температуре. Имеющиеся данные по внутриреакторной ползучести показы­ вают, что исходные характеристики ползучести сплава, как правило, определяют его поведение в условиях облучения. Поэтому применение оптимального режима механической и тер­ мической обработки, определение наилучшего состава сплава могут обеспечить скорость ползучести при облучении не выше допускаемой.

Циклическое действие напряжений в зависимости от пере­ менных механических условий, перепадов температуры или раз­ личия коэффициентов теплового расширения рассматривается при проверке или расчете ресурса по числу циклов. Преиму­ щественное значение при эксплуатации имеет нагружение задан­ ными деформациями, поэтому использование в расчетах кривых усталости, полученных при постоянных циклических деформа­ циях, является наиболее обоснованным. Сопротивление разруше­ нию при циклическом нагружении, характеризуемое кривыми усталости, зависит от уровня температуры, термообработки сплава, наводороживания и ориентации гидридов, а также от нейтронного облучения.

Наводороживание и облучение уменьшают сопротивление малоцикловому разрушению, что обусловлено снижением пла­ стичности сплавов при указанных воздействиях. Данные о кине­ тике трещин при циклическом нагружении свидетельствуют о том, что возможный рост дефектов при эксплуатации в дета­ лях из сплавов циркония при напряжениях, ограничиваемых расчетом на кратковременную или длительную прочность или ползучесть, по-видимому, невелик, хотя к настоящему времени процессы развития трещин в сплавах циркония нельзя считать исследованными достаточно полно, особенно при условиях, при­ ближающихся к эксплуатационным.

Определение критической температуры хрупкости для сплава Zr — 2,5% Nb как температуры, соответствующей ударной вяз­ кости, равной половине максимального ее значения, дает зна­ чения температуры, лежащие в интервале эксплуатационных для наводороженных и облученных сплавов. В то же время

158

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Амаев А. Д. и др. Влияние некоторых факторов на наводороживание и изменение свойств циркониевого сплава с 1% ниобия, применяемого для оболочек тепловыделяющих элементов в энергетических реакторах, ох­ лаждаемых водой.— Доклад № 342 (СССР), представленный на Третью международную конференцию по мирному использованию атомной энер­ гии, Женева, 1964.

2.Амаев А. Д. и др. Некоторые результаты петлевых испытаний в реакто­ ре МР опытных стержневых твэлов в оболочках из циркониевых спла­ вов.— В кн.: General Proceedings Conference on the Uses the Zirconium Alloys in Nuclear Reactors, Marianske Lazne 1968, p. 37.

3.Амаев А. Д. и др. Обоснование выбора циркониевого сплава для оболо­

чек твэлов серийных энергетических реакторов ВВЭР-440.— В кн.: Тру­ ды научно-технической конференции СЭВ «Атомная энергетика, топлив­ ные циклы, радиационное материаловедение», М., 1971, с. 503.

4.Амбарцумян Р. С. и др. Механические' свойства и коррозионная стой­ кость циркония и его сплавов в воде, паре и газах при повышенных тем­ пературах,— В кн.: Труды Второй международной конференции по мир­ ному использованию атомной энергии. Женева, 1958. Доклады советских учёных, т. 3, М., Атомиздат, 1959, с. 486.

5.Дроздовский Б. А., Морозов Е. М. О двух механических характеристи­ ках, оценивающих сопротивление разрушению.— «Заводск. лаборатория»,

1971, № 1, с. 78.

6.Емельянов В. С. и др. Механические свойства двойных и тройных спла­ вов циркония с титаном и 'ниобием при комнатной и повышенной тем­ пературах. — В кн.: Труды Второй международной конференции по мир­ ному использованию атомной энергии. Женева, 1958. Доклады советских ученых, т. 3, М., Атомиздат, 1959, с. 462.

7.Займовский А. С. и др. Тепловыделяющие элементы атомных реакторов. Изд. 2-е, М., Атомиздат, 1966, с. 214.

8.Займовский А. С. и др. Коррозионные и механические свойства цирко­

ниевого сплава, совместимого с углекислым газом. В кн.: General Pro­ ceedings Conference on the Uses of Zirconium Alloys in Nuclear Reac­ tors, Marianske Lazne. 1968, p. 351.

9.Иванов О. G., Григорович В. К. Структура и свойства сплавов цирко­ ния.— В кн.: Труды Второй международной конференции по мирному использованию атомной энергии, Женева, 1958. Доклады советских учё­ ных, т. 3, М., Атомиздат, 1959, с. 439.

10.Ластман Б., Керзе Ф. Металлургия циркония. Пер. с англ. М., Изд-во иностр. лит., 1959, с. 14.

11.Там же, с. 210.

12.Там же, с. 274.

13.Леонов М. Я., Панасюк В. В. Развитие мельчайших трещин в твердом теле,— «Прикладная механика», 1959, № 5, с. 391.

14.Лупаков И. С. и др. Влияние холодной деформации, температуры и

продолжительности отжига на термическое расширение сплава циркония с 2,5% ниобия,— «Атомная энергия», 1969, № 3, с- 236,

160

15.Макклинток Ф. А., Ирвин Дж. Р. Вопросы пластичности в механике разрушения.— В кн.: Прикладные вопросы вязкости разрушения. Пер. с

англ. Под ред. Б. А. Дроздовского. М., «Мир», 1968, с. 143.

16. Металловедение реакторных материалов. Т. 2, М., Атомиздат, 1962, с. 128.

17.Там же, с. 139.

18.Там же, с. 339.

19.Мулерин Ю. X. Чувствительность высокопрочной стали к коррозии под напряжением в зависимости от вязкости разрушения.— «Теоретические основы инженерных расчетов», 1966, № 4, с. 28.

20.Панасюк В. В. Предельное равновесие хрупких тел с трещинами. Киев, «Наукова думка», 1968, с. 118.

21.Петросьянц А. М. и др. Ленинградская атомная электростанция и пер­ спективы канальных кипящих реакторов.— Доклад № 715 (СССР), пред­ ставленный на Четвертую международную конференцию по мирному использованию атомной энергии, Женева, 1971.

22.Родченков Б. С. и др. Влияние наводороживания на термическое рас­

23.Тарараева Е. М., Григорьев А. Г. Влияние железа, меди и хрома на механические и коррозионные свойства сплавов цирконий — никель — ниобий,— В кн.: Физико-хнмия сплавов циркония. Под ред. О. С. Ива­ нова. М., «Наука», 1968, с. 241.

24.Тимошенко С. П. Устойчивость упругих систем. М., Гос. изд-во техн,- теор. лит., 1955, с. 230.

25.Тиффани К. Ф., Мастерс Дж. Н. Прикладные вопросы механики разру­

шения.— В сб.: Прикладные вопросы вязкости и разрушения. Пер. с англ. Под ред. Б. А. Дроздовского. М., «Мир», 1968, с. 349.

26. Филатов В. М. и др. Регулирование термонагружения при малоцикло­ вых испытаниях.— «Заводск. лаборатория», 1970, № 7, с. 84.

27.Филатов В. М., Анихимовский Ю. А. Испытания на малоцикловую уста­ лость при изгибе, кручении и растяжении — сжатии.— «Заводск. лабора­ тория», 1971, № 12, с. 1487.

28.Филатов В. М. и др. Влияние наводороживания и ориентации гидридов

с. 62.

29. Хаул Д., Мур Б. Определение давления и времени, вызывающих потерю устойчивости оболочек твэлов в результате ползучести,— «Атомная тех­ ника за рубежом», 1969, № 9, с. 27.

30.Adensteat К. Phisikal thermal and electrical properties of Hf and Zr.— «Trans, of ASM», 1952, v. 44, p. 949.

31.Aitchinson, Honeycombe R. W. K., Johnson R. H. Properties of Reactor

34.ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Sec III, ASME, United Enginee­ ring Center, No. 4, 1971.

of Zircaloy-2. — ASTM STP 376, 1964, p. 76.

38.Baily e. a. Les Alliages de Zirconium-Curve utilises dans le gainage des elements combustibles des reacteurs eau lourdefgaz. — In: General Pro­

161