ВКР: Структура и свойства циркониевых сплавов, применяемых в атомной промышленности

В работе нет введения и заключения!!!

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение
1 Аналитический обзор литературы
1.1 Структура и свойства циркониевых сплавов, применяемых в атомной промышленности
1.1.1 Краткие сведения о цирконии
1.1.2 Химический состав, микроструктура и механические свойства промышленных циркониевых сплавов, применяемых в России и за рубежом
1.1.3 Влияние примесей и легирующих элементов на комплекс свойств циркония и промышленных циркониевых сплавов
1.1.4 Влияние деформационно-термической обработки на структуру и механические свойства циркония и циркониевых сплавов
1.1.5 Механизмы деградации промышленных сплавов циркония: равномерная и локальная коррозия, водородное охрупчивание, радиационный рост и радиационная ползучесть
1.2 Интенсивная пластическая деформация циркония и его сплавов
1.2.1 Краткий обзор методов интенсивной пластической деформации
1.2.2 Равноканальное угловое прессование: методика и оборудование
1.2.3 Кручение под высоким давлением: методика и оборудование
1.2.4 Микроструктура и механические свойства циркония и циркониевых сплавов после воздействия комбинированных видов ИПД
1.2.5 Сравнительные характеристики методов ИПД
1.2.6 Микроструктура и механические свойства циркония и его сплавов после РКУП
1.2.7 Микроструктура и механические свойства циркония и его сплавов после КВД
1.2.8 Особенности коррозионного поведения циркония и его сплавов после РКУП и КВД
1.3 Циркониевые сплавы в медицине
1.3.1 Металлические материалы, применяемые в медицине в качестве имплантатов различного назначения в теле человека, сравнительный анализ структуры и физико-механических свойств
1.3.2 Требования, предъявляемые к имплантатам различного назначения
1.3.3 Поведение циркония и его сплавов в биологических жидкостях
1.3.5 Анализ возможности применения циркония и его сплавов для медицинских имплантов различного назначения
1.3.6 Постановка задачи исследований
1.4 Выводы по главе 1
2 Материалы для исследований
2.1 Химический состав и физические характеристики сплавов Э110 и Э125 в исходном состоянии
2.2 Обработка сплавов методом равноканального углового прессования: подготовка образцов и режимы обработки
2.3 Выводы по главе 2
3 методы исследований
3.1 Подготовка образцов для различных методов исследований и испытаний
3.2 Исследование структуры сплавов методом оптической микроскопии
3.3 Исследование структурно-фазового состояния сплавов методом просвечивающей электронной микроскопии
3.4 Измерение микротвердости сплавов
3.5 Испытания сплавов на растяжение
3.6 Испытания сплавов на усталость
3.7 Анализ изломов методом сканирующей электронной микроскопии
3.8 Электрохимические коррозионные испытания сплавов
3.9 Математическое моделирование процесса обработки циркониевых сплавов методом РКУП
3.9.1 Получение механических свойств циркониевых сплавов при сжатии
3.9.2 Моделирование РКУП в программной среде QFORM
3.10 Выводы по главе 3
4 результаты исследований
4.1 Расчетная оценка состояния заготовки при воздействии на нее интенсивной пластической деформации
4.1.2 Распределение температуры заготовки
4.1.3 Распределение пластической деформации заготовки
4.1.4 Распределение интенсивности напряжений в заготовке
4.1.5 Распределение среднего напряжения
Заключение
список сокращений и условных обозначений
Список терминов
Список литературы 127стр

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Структура и свойства циркониевых сплавов, применяемых
в атомной промышленности

1.1.1 Краткие сведения о цирконии

Цирконий был обнаружен в 1789 году в ходе анализа минерала циркона известным немецким химиком М.Г. Клапротом. Цирконий существует в двух модификациях (фазах) структуры в зависимости от температуры: -Zr, гексагональная плотноупакованная, и -Zr, кубическая объемно-центрированная 1. Переход от
-фазы к -фазе осуществляется в области температуры 862 °С.
Радиус атома циркония достаточно большой – около 0,16 нм. Это характерно для состояния материала с пониженной прочностью связи между атомами. Модуль упругости, который ответственен за прочность связи между атомами, имеет невысокое значение. С повышением температуры его значение уменьшается с 1,0×10⁵ МПа при комнатной температуре до 0,56×10⁵ МПа при 80 С [2].
Цирконий устойчив в воде и водяном паре до температуры 300 °С, не взаимодействует с соляной, серной кислотами и растворами щелочей. В чистом виде цирконий достаточно пластичный металл, благодаря чему хорошо поддается холодной и горячей обработке: сварке, штамповке, ковке или прокатке. Наличие в нем незначительного количества растворенных кислорода, водорода, углерода, а также азота приводит к его охрупчиванию.
Имея высокую температуру плавления (1855 °С), он не обладает высокими прочностными свойствами. Механические свойства циркония при комнатной температуре 1, 2:
– модуль упругости порядка 1,0×10⁵ МПа;
– предел текучести (80  130) МПа;
– предел прочности (200  250) МПа;
– твердость по Бринеллю (640  670) МПа.
Цирконий применяется как конструкционный материал в атомной энергетике [3, 4]. В дополнение к высокой температуры плавления он имеет малое сечение захвата (поглощения) тепловых нейтронов. У циркония – величина сечения захвата составляет всего порядка 0,185 барн, а, для сравнения, у гафния – 115 барн 1.

1.1.2 Химический состав, микроструктура и механические
свойства промышленных циркониевых сплавов, применяемых
в России и за рубежом

Циркониевые сплавы используются для изготовления элементов АЗ реакторов типа ВВЭР и РБМК на атомных электростанциях. К ним относятся оболочки тепловыделяющих элементов, дистанционирующие решетки, канальные трубы и др. Материал элементов ТВС, в частности оболочки твэла, должен удовлетворять ряду требований. Среди них 5:
– сохранение механической прочности и герметичности оболочки твэла в период длительной эксплуатации, при транспортировке и хранении;
– изменение размеров оболочки при эксплуатации должно быть не более определенной, установленной величины, позволяющей обеспечивать достаточные условия охлаждения в АЗ;
– обеспечение радиационной стойкости при облучении;
– сохранение коррозионной стойкости при высоких температурах и в водной среде;
– накопленная усталостная циклическая повреждаемость не должны превышать 80 % проектной величины.
Промышленные циркониевые сплавы представляют следующие системы:
Zr-Nb, Zr-Nb-Sn-(Fe, Cr), Zr-Sn-(Fe, Cr, Ni). В таблице 1.1 приведен химический состав промышленных отечественных и зарубежных сплавов для элементов АЗ атомных реакторов на тепловых нейтронах 6.
В Советском Союзе (и далее – в России) разрабатывались сплавы на основе системы Zr-Nb, в то время как в США – сплавы на основе системы Zr-Sn. Чуть позже, в Советском Союзе и других странах стали разрабатываться многокомпонентные сплавы на основе системы Zr-Sn-Nb с добавлением других элементов.
При охлаждении/нагревании в сплавах происходит формирование структуры с образованием различных фаз. Эти процессы прослеживаются с помощью диаграмм состояния, описывающих в графическом виде процессы образования фаз в зависимости от температуры и концентрации элементов. На рисунке 1.1 приведены диаграммы состояния сплавов Zr с переходными металлами (а, б, в) и элементами главных подгрупп (г, д) [7].
Неограниченно растворимы в -Zr и -Zr только титан и гафний, занимающие ближайшее к цирконию положение в подгруппе (см. рисунок 1.1а). В -фазе растворимы ниобий и тантал. Атомные радиусы этих элементов отличаются от радиуса циркония не более, чем 10 %. Для остальных тугоплавких элементов различие от атомного радиуса циркония более существенно – от 12 до 17 %. Поэтому они ограниченно растворимы как в -Zr, так и в -Zr.