Влияние наводороживания на анизотропию механических свойств твэльных труб из сплава Zr-1%Nb

Abstract

Определены механические характеристики твэльных труб из сплава Zr-1%Nb украинского производства при растяжении в радиальном (кольцевые образцы) и продольном (квазиплоские образцы) направлениях в состоянии поставки и после наводороживания. Показано, что исходные трубки обладают значительной анизотропией механических свойств: наблюдается существенное различие для условного предела текучести, который в тангенциальном направлении (относительно оси трубки) на 20% выше, чем в продольном. Также наводороживание твэльных труб усиливает анизотропию механических свойств: условный предел текучести в тангенциальном направлении на 20…40% выше, чем в продольном. Предел прочности образцов в тангенциальном направлении превышает предел прочности в продольном направлении на 25…50%. При этом наводороживание практически не влияет на пластичность кольцевых образцов, но приводит к охрупчиванию квазиплоских образцов. Причиной анизотропии механических свойств исходной твэльной трубки является текстура, которая формируется в материале в результате особенностей механико- термической обработки. Особенности изменения прочностных и пластических свойств наводороженного материала связаны с образованием ориентированных выделений гидрида циркония, которые по-разному влияют на деформацию трубок в продольном и поперечном направлениях.

Визначено механічні характеристики твельних труб зі сплаву Zr-1%Nb українського виробництва при розтягуванні в радіальному (кільцеві зразки) і поздовжньому (квазіплоскі зразки) напрямках у стані поставки і після наводороження. Показано, що вихідні трубки мають значну анізотропію механічних властивостей: спостерігається велика різниця для умовної межі текучості, яка в тангенціальному напрямку (щодо осі трубки) на 20% вища, ніж у поздовжньому. Також наводороження твельних труб підсилює анізотропію механічних властивостей: умовна межа плинності в тангенціальному напрямку на 20...40% вища, ніж в поздовжньому. Межа міцності зразків у тангенціальному напрямку перевищує межу міцності в поздовжньому напрямку на 25...50%. При цьому наводороження практично не впливає на пластичність кільцевих зразків, але призводить до окрихчення квазіплоских зразків. Причиною анізотропії механічних властивостей вихідної твельной трубки є текстура, яка формується в матеріалі в результаті особливостей механіко-термічної обробки. Особливості зміни міцності і пластичних властивостей наводороженого матеріалу пов'язані з утворенням орієнтованих виділень гідриду цирконію, які по-різному впливають на деформацію трубок у поздовжньому і поперечному напрямках.

Mechanical characteristics of the fuel tube the alloy Zr-1%Nb Ukrainian production tensile in radial (annular samples) and longitudinal direction (“quasi-plane” samples) in the delivery state and after hydrogenation were defined. It is shown that the fuel tubes in the initial state possess significant anisotropy of mechanical properties: significant difference is observed for the proof stress, which in a tangential direction (with respect to the tube axis) is 20% higher than in the longitudinal direction. Hydrogenation of the fuel tubes increases anisotropy of mechanical properties: yield strength in the tangential direction by 20…40% higher than in the longitudinal direction. Tensile strength of the samples which have been deformed in the tangential direction exceeds the tensile strength in the longitudinal direction by 25…50%. The process of hydrogenation virtually has no effect on the plasticity of the ring samples, but it leads to embrittlement of quasi-plane samples. The cause of the anisotropy of the mechanical properties of the fuel tubes in initial state is the texture which is formed in the material in resulting in mechanical and heat treatments. Features of change of the strength and plastic properties of the hydrogenated material is associated with the formation of oriented zirconium hydride precipitates, which have different effects on the deformation of the tubes in the longitudinal and transverse directions.