Справочник по конструкционным материалам (998983), страница 77
Текст из файла (страница 77)
При флюенсе быстрых нейтронов (1,2 — 1,4) 10 нейтр./м увеличение степени холодной деформации с 20 до 30 % д с а и в 08Х17Н13М2Т рн д к снижению распухания с 15 до 4 % при температурах облучения 550-600 С. Высоконикелевые сплавы типа нимоник (40-45 % И1), а также хромистые коррозионно-стойкие стали ферритного и феррипюмартенснтного классов (12-17 % Сг, ~ 0,5 % М) имеют меньшее распухание. Однако повышение содержания никеля приводит к усилению ВТРО.
Для устранения этого недостатка используют дисперсионное упрочненне н сложное легироваиие никелевых сплавов молибденом, титаном, алюмнни- ем, бором, ниобием, кремнием. С механизмом вакансионного распухания связана и радиационная ползучесть — свойство постоянного деформирования материала под нагрузкой прн облучении быстрыми нейтронами при температурах, когда не проявляется термическая ползу- честь (300-500 С). Скорость радиационной ползу- чести пропорциональна флюенсу и приложенному напряжению: юр „= Все, -! где р „— скорос~~ радиационной ползучести, ч ~т — напряжение, Па;  — эмпирический коэффициент„ равный 2 10 для стали ОЗХ16Н15МЗБ и 0,83 10 для стали 08Х18Н1ОТ; Я вЂ” скорость накопления радиационных повреждений, смещ./(ат ч).
Число ралиационных повреждений зависит от 6ИР' % флюенса и спектра нейтронов. Для типичного спектра энергетического реакго~а на быстрых нейтронах флюенсу, равному 1,67!О нейтр./м, соответству- 0,6 ет 100 смещ./ат, Материалы с низкой склонностью к радиационному распуханию имеют малую ско- 0,4 рость к радиационной ползучести. Ч е ц, мер н кер 0,2 Сравнение зависимостей радиационного распухания от отношения температуры испытания к температу- о ре плавления для некоторых чистых металлов приведено иа рис. 6.16.
Ниобий, молибден, цирконий, тантал, имеющие ОЦК решетку, обладают повы- нной й ю Р Раж ционно РаспУ- от ературы,б „и ф хания. Напротив, никель (ГЦК решетка) оказыва- еи е „й, 3, !Ото „й ~„,т (19) ется более склонным к радиационному распуханию. Керамики и керметы (А1тОз, МдО, Ег02, А1 — А120з, В4С вЂ” коррозионно-стойкая сталь) более стабильны, чем металлы и сплавы. Радиационное распухание и радиационная ползучесть у них проявляются слабее. Графит обладает способностью эффективно замедлять нейтроны; у него отличные теплофизические свойства, хорошая механическая прочность при высоких температурах, относительно легкая обрабатываемосп.
Применяемый в реакторных установках графит получают искусственно в процессе графитизации нефтяного кокса. Природный графит обладает большим количеством примесей и не может быль использован как замедлитель нейтронов. Графит применяют для создания газоплотных конструкций, покрыпй. Получают его методом цропитки под высоким давлением углеродсодержащей жидкостью искусственно полученного графита и последующей графитизации. Газоплотным оказывается и пиролитический углерод, получаемый в виде отложений на нагретой 30 30 20 20 10 10 0 50 100 150 200 О 2 4 6 в т, 'С Г10 а иейтр,/мз Рис. 6.17.
Зависимость относительной теплопроволности графита от температуры облучения и флкмиса тепловых нейтронов !191 437 О 5 10 15 20 0 5 1О 15 20 Г 10 , иейчр./мз Р 10 , иейтр./мз Рис. 6Л8, Зависимосп изменении размеров образцов продавленного, почти изотропного графита, вырезанных параллельно (а) и перпендикулярно (б) оси продавливания, от флюенса быстрых нейтронов и темперягуры облучения 1191: / — 550-600 С;2-360-400 С 438 поверхности углеводородного газа (метана, бензола). Все искусственные сорта графита обладают высокой анизотропией свойств, с~язви~ой с выстраиванием частиц кокса при изготовлении брикетов и графитизации отложений из газовой фазы.
Нейтронное облучение повышает прочность на сжатие, твердость и модуль упругости графита. В то же время нейтронное облучение уменьшает теплопроводность при высоких температурах, приводит к нестабильности размеров, уменыпает пластичность, вызывает нв. копление энергии в графите. Последние качества важны для выбора конструктивных решений. Влияние флюенса наибольшее при невысоких температурах (до 200 С). При флюенсе зе нейтронов более 10 нейгр./м теплопроводность графитовых образцов снижается в 50 раз (рис. 6.17). Уменьшение теплопроводности (злектропроводности) связано с возникновением дефектов кристаллической структуры, индуцируемых нейтронным потоком.
Изменение размеров графита зависит от направления (вдоль или поперек оси продавли- вания), флюенса и температуры. Первоначальное (при уме- ЬЕ кДж/г ренном флюенсе) уменьшение размеров сменяется их уве- 3 личением. С ростом температуры изменения размеров графита снюкаются и при температурах выше 350 С объем многих образцов сокращается. Изменение размеров анизо- 1 тронного графита от флюенса быстрых нейтронов при различных температурах в направлении, параллельном и перпендикулярном оси продавливания, показано на рис. 6.18. Р 10 24 не Уменьшение пластичности является следствием ра- диационного упрочнения графита.
Снижение пластично- Рис. 6.19. Зависимость изме- сти пРиводит к обРазованию тРещин. пения полной накопленной Важна способность графита накапливать энергию энергии ЬЕ"„в графите от флю- деформации в кристаллической решетке как следствие енса тепловых нейтронов 119]: радиационных дефектов. Выделяющаяся в виде теплоты / — для облучеиия при 30 С; 2- после опииге я течеиие 5 ч ири температуры. Зависимость изменения накопленной энер- 1250 'С; 3 — иоо е обяопи ири гии от флюенсв и влияние отжига на ее уменьшение ил- 2000 С люстрирует рис. 6.19. б.б. Материалы е малым Газовыделеиием в вакууме Конструкционные материалы, применяемые в вакуумных системах помимо конструкционной прочности, технологичности и экономичности должны иметь низкую скорость лаовыделения при высоком коррозионной стойкости во влажной атмосфере.
Этот комплекс свойств определяет выбор материала для различных деталей вакуумных систем. В частности, аустенитные хромоникелевые стали являются основным материалом для высоковакуумных непрогреваемых сварных камер больших размеров благодаря малой скорости газовыделения, высокой коррозионной стойкости, хорошей технологиче- ской пластичности и свариваемости. Развитие отечественной вакуумной техники и создание вакуумных камер больших размеров ограничивает применение аустенитных сталей, содержащих и большом количестве дефицитные легирующие элементы. Необходимы более дешевые и доступные материалы.
Так, углеродистые и низколегированные стали с коррозионно-стойкими покрытиями являются возможными заменителями аустенитных сталей для низкого и сред- него вакуума. Газовыделенне — важное свойство для вакуумной техники. Скорость газовыделения материала — характеристика, необходимая для научно-обоснованного расчета вакуумной м системы. В вакууме при 20 С и ниже происходит выделение газа, растворенного в кристаллической решетке материала — водорода, а также газов, десорбирующихся с поверхности.
Источники наводораживания могут быть различными. В прокате металла таким источником является главным обрезом элек1рохимнческое наводораживание при горячей обработке; в органических материалах — разрушение водородных связей. Газы на поверхности металла адсорбируются либо из атмосферы (И2, Оз, Н2О), либо появляются в результате химического взаимодействия адсарбированного кислорода с водородом или углеродом (Н20, СО, СОз). Газовыделеиие материала определяют по методу потока с диафрагмой постоянной проводимости ~! 7~. Скорости газовыделения Д, и парциальные давления р, рассчитывают по экспериментальным масс-спектрам, которые многократно определяют при длительном вакуумировании в высоком вакууме при постоянной температуре: Рг Р~ +Р~ к ф м где Р,, Р ., Р> — парциальное давление ~-го газа в камере с образцом, в камере без образца (фон) и в насосе соответственно, Па; Р— площадь поверхности образца, м; ю, — сопро- з тивленне диафрагмы для е-го газа, Ым .
Суммарная скорость газовыделения 0~ =ХО,. Для предварительной оценки газовыделения используют скорость газовыделения Дккм в азотном эквиваленте, которую рассчитывают по манометрическому давлению в испытательной камере и молекулярной массе азота: 439 10-' где р — давление, измеренное манометром, Па; з' ®~)~ — сопротивление диафрагмы для азота, с) м ° Для металлов суммарная скорость газовыделения в 1,5-2 раза больше скорости в азотном эквиваленте. Кинетика изменения скоростей выделения каждого газа, а также суммарной скорости газовыделения для коррозионно-стойкой стали показана на рис.
6.20. Скорости газовыделения (суммарные н в азотном эквиваленте) для отожженных углеродистых сталей (табл. б.77) уменьшаются с увеличением содержания углерода. Строительная низколегированная сталь 1ОХСНД практически имеет ту же скорость газовыде- 10-7 10 а 10 0 5 10 15 20 25 т,ч Рис. 6.20. Кннетнка изменения скорос- тей газоотделення коррознонно-стойкой стали 12Х18Н1ОТ в процессе вакуумнр<~ ванна прн 20 С лепна, что и углеродистая сталь с таким же содержанием углерода, но в три раза выше коррозионную стойкость во влажной атмосфере.
Закалка У10, сопровождающаяся полиморфным превращением, резко увеличивает прочность стали, но при этом растет газовыделение 1221. Титан ВТ1, растворяющий водород в больших объемах, имеет очень незначительную скорость выделения водорода при 20 С, в следовательно, малую суммарную скорость газовыделения, значение которой, как и у меди М1, близко к значениям скорости газовыделения и коррозии для аустенитных коррозионно-стойких сталей. Однако титан и медь как конструкционный материал уступают сталям по модулю упругости, вследствие чего снижается жесткость конструкции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
