Новые материалы

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Новые материалы

Циркониевые сплавы, благодаря своим физико-химическим и механическим свойствам, являются основным конструкционным материалом для деталей активной зоны и тепловыделяющих сборок (ТВС) атомных энергетических реакторов. В настоящее время в мире они производятся до нескольких тысяч тонн в год. Современные промышленные технологии производства циркония, основанные либо на процессах иодидного рафинирования, либо получения губчатого циркония, либо на электролизе расплавленных солей циркония, позволяют получать цирконий реакторной чистоты с содержанием сопутствующего нежелательного элемента гафния (имеющего сечение захвата тепловых нейтронов в 500 раз большее, чем у циркония) не более 0,010...0,015 % [17].
...
Создание циркониевых сплавов для изготовления конструктивных элементов активной зоны реакторов атомных энергетических станций (АЭС) основано на легировании циркония элементами, обеспечивающими необходимый комплекс свойств циркониевым сплавам. При этом легирующие элементы должны обладать следующими основными качествами: иметь небольшое сечение захвата тепловых нейтронов; положительно влиять на коррозионную стойкость изделий в условиях эксплуатации в реакторе; обеспечивать требуемые механические свойства и надежность изделий при эксплуатации; не образовывать относительно долгоживущих радиоактивных нуклидов с сильным у-излучением. Важнейшим требованием к легированию циркониевых сплавов является обеспечение высокой технологичности, необходимой для изготовления ответственных изделий: особо тонкостенных труб для оболочек твэлов (длиной до 4,5 м, диаметром 8...10 мм и толщиной стенки 0,3...1мм); труб для каналов кипящих реакторов (длиной до 8 м, диаметром 80... 130 мм и толщиной стенки З...6мм); листов и лент (толщиной 0,3... 1,5 мм) для дистанционирующих решеток и других деталей.
...
Наиболее ответственными изделиями являются оболочечные трубы, так как разгерметизация оболочек твэлов при эксплуатации приводит к аварийным ситуациям и практически недопустима. Оболочки твэлов работают в очень сложных условиях воздействия температуры, радиации, коррозионной среды и напряжений. Снаружи они подвергаются коррозионному воздействию теплоносителя с температурой до 380 °С, а образующиеся при этом продукты коррозии, ухудшая теплоотдачу, могут приводить к локальным перегревам. Изнутри оболочка подвергается кор-
...
озии под действием влаги, водорода и фтора, вьщеляющихся в начальный период работы твэла, и под действием йода, цезия и других элементов, выделяющихся при длительной работе [17]. Поэтому материал оболочек твэлов должен обладать высоким комплексом свойств в диапазоне температур от комнатной до рабочей (300...380 °С) и до 1200 °С при локальных перегревах в экстремальных ситуациях, а также удовлетворять многочисленным требованиям, основные из которых: высокие коррозионная стойкость и стойкость к радиационному росту, минимальная скорость ползучести, высокие длительная прочность и сопротивление разрушению. При этом необходимо обеспечить высокое качество металла (размер внутренних дефектов не более 5 % толщины стенки трубы; мелкозернистость и высокую дисперсность избыточных фаз; необходимую текстуру); точность геометрических размеров и качество поверхности.
...
Одним из важных требований к материалам активной зоны реакторов является низкое поглощение водорода. Степень наводораживания циркониевых сплавов при длительной эксплуатации определяется прежде всего интенсивностью коррозии и температурой. Наводораживание приводит к понижению пластичности и трещиностойкости сплавов, а выделение хрупких гидридов в зонах концентрации напряжений может стать причиной разрушения изделий за счет образования и роста гид-ридных трещин по механизму замедленного разрушения при температурах эксплуатации.
...
В настоящее время в российской атомной энергетике используются два основных типа реакторов на основе водяного теплоносителя и циркониевых труб: водо-водяные корпусного типа — ВВЭР и водографито-вые канального типа с кипящей водой — РБМК. В зарубежной литературе водо-водяные реакторы с водой под давлением называют PWR, а кипящие реакторы - BWR. Кипящие реакторы могут иметь также в качестве замедлителя воду или тяжеловодный замедлитель-теплоноситель (например, в реакторах типа CANDU, Канада).
...
Применительно к водяному и пароводяному теплоносителю при рабочих температурах наиболее подходящими элементами для легирования Циркония являются ниобий и олово.
...
Ниобий имеет небольшое сечение захвата и при содержании до 2,5 % стабилизирует коррозионную стойкость, эффективно снижает поглощение водорода и повышает прочность циркония, в основном, за счет Упрочнения твердого раствора. Легирование оловом в количестве до 2 % Устраняет влияние вредных примесей, прежде всего азота, что положи-
...
тельно влияет на коррозионную стойкость и механические свойства циркониевых сплавов. Эффект твердорастворного упрочнения у сплавов Zr—Sn выше, чем в сплавах Zr-Nb [17].
...
в СССР — это создание циркониевых сплавов на основе легирования ниобием. Широкое применение получили сплавы циркония с l%Nb (Н-1; Э110) для оболочек твэлов и с 2,5 % Nb (Н-2,5; Э125) (табл. 5.5) для канальных труб, листа и других изделий;
...
в США - это создание циркониевых сплавов на основе легирования оловом, а затем с добавками железа, хрома и никеля. Это сплавы цир-калои, содержащие 1,20...1,70% Sn и добавки железа до 1,24% и хрома до 0,15% (табл. 5.5). Наиболее широкое применение для оболочек твэлов и канальных труб получили сплавы циркалой-2 и циркалой-4.
...
Основной задачей в период разработки Zr—Nb сплавов было обеспечение коррозионной стойкости для работы в воде и пароводяной смеси при 300...350 °С. В условиях эксплуатации в виде оболочек твэлов реакторов ВВЭР и PWR сплав Э110 по коррозионной стойкости превосходит циркалои, а поглощает водорода в 5—10 раз меньше. Стремясь уменьшить поглощение водорода (гидрирование), в США были разработаны циркалои с пониженным содержанием никеля (циркалой-4, табл. 5.5) [17].
...
Изделия из разработанных более 40 лет назад сплавов Э110 и Э125 до настоящего времени надежно эксплуатируются в реакторах ВВЭР и РБМК в России, на Украине, в странах Восточной Европы, Финляндии и Армении, в реакторах CANDU в Канаде, Южной Корее и других странах. Изделия из циркалоя-2 и циркалоя-4 работают в реакторах PWR и BWR в США, Франции, ФРГ, Японии. Длительная эксплуатация в реакторах изделий из циркониевых сплавов выявила их взаимные преимущества и недостатки.
...
Изделия из бинарных сплавов циркония с 1,0% Nb (Э110) (оболо-чечные трубы, дистанционирующие решетки) и с 2,5 % Nb (Э125) (трубы давления, кожуховые трубы), основу которых составляет смесь электролитического и иодидного циркония, и технологические процессы их изготовления обеспечили надежную эксплуатацию твэлов в течение 3-и 4-годичных кампаний с достижением выгорания топлива до 42...44 МВт-сут/кг урана и технологических каналов в течение 15—17 лет. К процессам, ограничивающим ресурс работы таких изделий, в первую очередь, относятся водная коррозия и гидрирование в результате взаи-
...
модействия с теплоносителем, коррозионное растрескивание под действием агрессивных продуктов деления ядерного топлива, радиационная повреждаемость и ползучесть под действием напряжений, нейтронного облучения и температуры.
...
Основные требования к циркониевым изделиям, работающим в активных зонах действующих реакторов ВВЭР с аммиачно-калиевым водным теплоносителем, и РБМК с кипящим бескоррекционным водным теплоносителем — высокая коррозионная стойкость (низкое окисление и гидрирование), пластичность при достаточной прочности и сопротивление растрескиванию. Сплавы ЭПО и Э125 полностью удовлетворяют этим требованиям, что подтверждено надежной эксплуатацией изделий в реакторах. Так, коррозия оболочек твэлов из ЭПО в реакторах ВВЭР после 3...5-ти топливных циклов протекает с образованием тонких оксидных пленок и небольшим гидрированием (рис. 5.8). При этом сохраняются высокие пластичность и трещиностойкость. В кипящих условиях РБМК окисление оболочек из ЭПО более интенсивное, но без заметного гидрирования. Трубы давления из Э125 после 15—17 лет работы в РБМК сохраняют достаточно высокую коррозионную стойкость, пластичность и трещиностойкость.
...
Дальнейшее повышение экономической эффективности использования топлива, в частности в реакторах ВВЭР, с обеспечением среднего выгорания до 55...60 МВт-сут/кг урана и 5—6-летних кампаний при достижении флюенса нейтронов (Ф) до (2...5) • 1026 н/см2 и с внедрением режима маневрирования мощностью в реакторах напрямую связаны с необходимостью увеличения ресурсных характеристик циркониевых изделий для использования их в составе ТВС (оболочки твэлов, дис-танционирующие решетки, направляющие и центральные каналы). Для новых условий эксплуатации бинарные сплавы с ниобием не имеют необходимого запаса свойств, особенно по сопротивлению деформированию в результате радиационных ползучести и роста, а также упругим характеристикам для обеспечения размерной стабильности и целостности твэлов и ТВС (распухание, удлинение, искривление).
...
Работы по созданию новых усовершенствованных конструкционных материалов для активных зон реакторов типа ВВЭР предусматривают: дальнейшее совершенствование качества оболочек твэлов из сплава ЭПО; использование для производства сплавов циркония с пониженным содержанием гафния [< 0,01 % (ат.)]; применение в качестве конструкционного материала для твэлов и ТВС разработанного в России высокорадиацион-ностойкого циркониевого сплава Э635 (Zr-l,2Sn-lNb—0,4Fe) [18, 20].
...
Необходимость внедрения сплава Э635 обусловлена недостаточным запасом некоторых очень важных эксплуатационных характеристик сплава Э110, необходимых для обеспечения надежной работы промышленных реакторов ВВЭР с более высоким выгоранием топлива (с большей длительностью кампании). Это резкое увеличение радиационного роста после достижения флюенса 2 • 1022 н/см2 [Е>
...
Рис. 5.8, Коррозия циркониевых оболочек твэлов в условиях реакторов PWR и ВВЭР (а) Но] и ВВЭР (поверхностное кипение; концентрация кислорода <0,02 ррт) (б)
...
высокая скорость ползучести (рис. 5.10); высокая чувствительность коррозионной стойкости к содержанию кислорода в теплоносителе выше 0,01 мг/дм (> 0,01 ррт*) и наличию поверхностного или объемного кипения (рис. 5.8, б)
...
испытания в лабораторных условиях, в исследовательских реакторах и в промышленных реакторах АЭС [18, 20]. Особенностью этого сплава, в составе которого те же элементы Sn, Nb, Fe, что и в сплавах ЭПО и циркалои, является его высокая радиационная стойкость в условиях действия напряжений и нейтронного облучения (рис. 5.9, 5.10) [20]. Исследованиями отмечено, что материалы с низким радиационным ростом и ползучестью более стабильны и в коррозионном отношении.
...
Сплав Э635 в холоднодеформированном и отожженном состоянии имеет прочность, не уступающую бинарному сплаву Э125, высокую коррозионную стойкость в воде и кипящем теплоносителе различного состава, высокое сопротивление ползучести в широком диапазоне флю-енсов, плотностей потока нейтронов, напряжений и температур облучения [18, 20]. Легирование циркония только ниобием или оловом не обеспечивает достаточной коррозионной стойкости сплавов ЭПО и цир-калоя-2 в пароводяной смеси, содержащей кислород, особенно при перегревах выше 380 °С. В этих условиях входящее в состав сплава Э635 железо улучшает коррозионную стойкость циркония (рис. 5.8).
...
Коррозия сплавов в автоклавах с чистой водой при температуре 320...360°С и давлении 18,6 МПа всегда протекает с образованием темных оксидных пленок, прочно сцепленных с металлом, и незначи-
...
тельным гидрированием (рис. 5.11). В воде с добавками лития (характерной для реакторов PWR) сплав Э635 существенно превосходит сплавы ЭПО и циркалой-4 и не уступает американскому сплаву ZIRLO (рис. 5.12) [18, 20].
...
температурах 320...350°С. В этих условиях сплав ЭПО имеет высокую коррозионную стойкость. После 5-ти топливных циклов испытания твэлов в ВВЭР-440 и 4-х в ВВЭР-1000 оболочки покрываются, в основном, тонкой оксидной пленкой толщиной 10...15 мкм, а содержание водорода в них не превышает 100 ррт. Однако в местах контакта с дистанционирующими решетками, в единичных случаях, наблюдаются следы нодулярной и фреттинг-коррозии [19].
...
— зерна а2г-фазы и мелкодисперсные частицы интерметаллидов типа Zr(Nb,Fe)2 (размером 0,1...0,3 мкм), содержащие Zr, Nb, Fe, - в сплаве Э635.
...
Поэтому трещиностойкость сплава Э635 в рекристаллизованном состоянии определяется, в основном, размером и характером распределения в матрице частиц интерметаллидов. Напротив, в бинарных сплавах ЭПО
...
вает специальная технология деформационно-термической обработки при изготовлении обо-лочечных труб, включающая операцию закалки перед холодной прокаткой [21].
...
паров йода (13 мг/см2) до определенного давления, создающего различные напряжения в стенке трубы, а также локальные испытания на коррозионное растрескивание под напряжением КРН образцов труб с регистрацией акустической эмиссии [22],
...
Важным аспектом в сопротивлении труб КРН является кристаллографическая текстура. Оптимальная текстура для высокого сопротивления КРН обеспечивается технологией деформационно-термической обработки при производстве труб.
...
Другой вариант повышения сопротивления КРН оболочки твэлов — использование биметаллической трубы, плакированной изнутри пластичным слоем циркония или сплавом на его основе. В России разработан технологический процесс изготовления биметаллических труб для твэлов реакторов РБМК. В качестве плакирующего слоя используется малолегированный высокопластичный циркониевый сплав, содержащий Nb и Fe в сумме 0,25 % (масс), обеспечивающий слою более высокую коррозионную стойкость и трещиностойкость.
...
Изменения геометрических размеров циркониевых изделий, их коррозионных и механических свойств при эксплуатации в реакторе связаны с изменением дислокационной структуры, фазового состава и микрохимического состава фаз [20].
...
Низкий радиационный рост сплава Э635 объясняется отсутствием <с>-дислокационной компоненты, стабильностью фаз и растворением частиц после облучения 4-
...
Низкий радиационный рост сплава Э635 и длительный инкубационный период образования петель <с>-типа связан с химическим составом матрицы (а-раствора), содержащей Sn, Nb, Fe и сдерживающей появление до облучения <с>-компонентных дислокаций.
...
Наряду с изменением дислокационной структуры под облучением происходит заметное изменение фазового и микрохимического состава фаз в сплавах. Так, в сплаве ЭПО
...
В последнее десятилетие широкое практическое применение находят сплавы, проявляющие эффект памяти формы (ЭПФ). Сплавы с памятью формы (СПФ) используют в различных областях техники (авиакосмическая техника, бытовая техника, приборостроение, спецмашиностроение и др.). При этом особенно перспективной областью применения СПФ, как показывает накопленный мировой опыт, является медицинская техника, в которой используются СПФ на основе Ti—Ni (никелид титана, нитинол).
...
СПФ — функциональные материалы; они дают возможность реализо-вывать служебные характеристики конструкций и устройств, недостижимые при использовании других материалов. Применение нитинола в медицине, в частности, обусловлено уникальным сочетанием специальных (функциональных) свойств памяти формы с высокой коррозионной стойкостью в жидкостях человеческого тела, а также с особенностями его сверхупругого механического поведения, сходного с механическим поведением костной ткани. Это обеспечивает полную биосовместимость сплава.
...
ле деформации, присущее СПФ, претерпевшим обратное мартенситное превращение под напряжением или пластически деформированным в состоянии высокотемпературной фазы (аустенит) (как элемент обратимого или двустороннего ЭПФ, ОЭПФ), также отнесено к ЭПФ. Восстановление же формы в ходе разгрузки при температуре деформации было названо
...
ЭПФ был экспериментально обнаружен Чангом и Ридом в 1951 г. на сплаве Au—Cd. С тех пор его наблюдали на сплавах многих систем: Cu-Al-Ni, Cu-Zn-Si, Cu-Zn-Sn, Cu-Zn-Al, Cu-Mn-Al, Fe-Mn-Si, In—Ti, Cu—Zn, Cu—Al, Ni—Al, Fe—Pt и др. Поскольку наибольший практический интерес представляют сплавы Ti—Ni, то конкретные закономерности структурного и термомеханического поведения СПФ будут далее рассмотрены на примере этих сплавов.
...
Сущностью процесса восстановления формы является обратное движение обратимых «носителей» деформации: межфазных, межкристальных и междвойниковых границ. Поэтому для понимания структурных механизмов восстановления формы и температурных условий их реализации необходимо знать структурные механизмы предшествующей (наводящей ЭПФ) деформации и температурные условия их реализации [23-25].
...
На рис. 5.15 показаны температурные зависимости обычных пределов текучести аустенита и мартенсита о^1, по достижении которых при данной температуре начинается обычная пластическая деформация по
...
механизму дислокационного скольжения. На оси температур отмечены характеристические температуры прямого мартенситного превращения М Мл М®,
...
Область Mf > Гдеф > Ms. Если охлаждение из аустенитной области проводить в присутствии внешних напряжений, то согласно уравнению Клапейрона—Клаузиуса мартенситное превращение начнется при температуре выше My, причем тем выше, чем больше напряжение. В этом случае мартенсит обозначается термином «мартенсит напряжения», а напряжение начала его образования оА носит название «фазового предела текучести». Температурная область образования мартенсита напряжения ограничена сверху точкой М°, в которой о,А сравнивается с аА.
...
ориентации мартенсита охлаждения до тех пор, пока не исчерпается ее ресурс (также равный деформации решетки при мартенситном превращении). Далее будет происходить упругая, а затем обычная пластическая деформация мартенсита.
...
Теперь можно рассмотреть механизмы разных проявлений памяти формы и температурно-деформационные условия их реализации [23-25]. Точки As и Aj- (см. рис. 5.15) соответствуют началу и концу обратного превращения мартенсита в аустенит при нагреве.
...
ся при этой температуре за счет обратной переориентации мартенсита. При нагреве выше точки As «механическое» формовосстановление может продолжиться наряду с формовосстановлением за счет обратного мартенситного превращения. Если возвращающее напряжение и при нагреве выше As не превысит сопротивления сил «трения», формовосстановление произойдет только за счет обратного мартенситного превращения.
...
Для этого необходимы условия, ограничивающие число кристаллографически эквивалентных ориентационных вариантов обратного мартенситного превращения, желательно до единственного. К таким условиям относятся следующие:
...
— решетка мартенсита должна иметь более низкую симметрию, чем решетка аустенита. Например, в сплавах на основе никелида титана единственность пути атомных перемещений в ходе обратного превращения «точно назад», определяющего деформацию обратного превращения, задается дополнительным моноклинным искажением решетки мартенсита;
...
— предпочтительна упорядоченная структура исходного аустенита. Ее роль заключается в ограничении числа возможных ориентационных вариантов обратного превращения до тех, которые не нарушают атомный порядок, существовавший в исходном аустените;
...
— наличие в аустените неподвижных дислокаций и дислокационных субграниц, наследуемых мартенситом, делает энергетически предпочтительным ориентационный вариант обратного превращения «точно назад». В противном случае, дважды унаследованные дислокации в восстановленном аустените оказываются более высокоэнергетическими по сравнению с их состоянием в исходном аустените.
...
Необходимо также иметь в виду особую роль дислокаций как источников деформации, наводящей ЭПФ [23]. Поля напряжений от дислокационной субструктуры обычно имеют преимущественную ориентировку и в силу этого оказывают ориентирующее влияние на мартенситное превращение. А поскольку дислокации и их построения наследуются в цикле «прямое—обратное мартенситное превращение», то ориентированное мартенситное превращение и последующее восстановление формы будут наблюдаться при термоциклировании через температурный интервал мартенситных превращений, т. е. реализуется ОЭПФ.
...
3. Должна быть обеспечена обратимость движения дефектов решетки — носителей деформации. Основное условие для этого — когерентная связь решеток. Когерентная граница (межфазная, межкристаллит-ная, междвойниковая) может свободно перемещаться под воздействием напряжений (в том числе внутренних) в прямом направлении, а в процессе или после их снятия — в обратном, обеспечивая память формы. Для того, чтобы когерентное сопряжение решеток поддерживалось при достаточно большой деформации, деформация превращения и модули упругости должны быть достаточно малыми, что и наблюдается в большинстве СПФ.
...
Для систематизации проявлений памяти формы удобно использовать в качестве основы классификацию в [24], где ЭПФ классифицируются на две группы в зависимости от того, какой параметр является ведущим для процесса возврата деформации. К ЭПФ, обусловленному термомеханическим возвратом, относятся случаи восстановления формы, когда ведущим параметром является температура, а напряжение играет второстепенную роль. К ЭПФ, обусловленному механотермическим возвратом, относятся случаи восстановления формы, когда ведущим изменяющимся параметром является напряжение, а температура играет второстепенную роль.
...
Необратимый (односторонний) ЭПФ, заключающийся в восстановлении формы при нагреве после деформации, осуществляемой образованием мартенсита напряжений или/и деформационной переориентацией существующего мартенсита охлаждения или мартенсита напряжений. Для повторной реализации эффекта надо вновь провести наводящую ЭПФ деформацию в полуцикле охлаждения.
...
Способы наведения ОЭПФ, реализующегося самопроизвольно, связаны с созданием ориентированных полей внутренних напряжений. Поскольку эти напряжения должны срабатывать многократно, они должны быть связаны с элементами структуры, наследуемыми при мартенситных превращениях, т. е. с дислокационной субструктурой и дисперсными когерентными частицами избыточных фаз. Например, для наведения самопроизвольного ОЭПФ используют: пластическую деформацию мартенсита (за пределом полностью обратимой деформации) (рис. 5.16) или пластическую деформацию стабильного аустенита, наводя соответственно «мартенситный» или «аустенитный» ОЭПФ.
...
К ЭПФ, обусловленным механотермическим возвратом, относятся различные проявления псевдоупругости (сверхупруго- ^ 5]б
...
мы при температуре деформации. При этом возврат деформации, накопленной в изотермических условиях, происходит в ходе разгрузки или/и при изменении знака деформирующего напряжения.
...
С практической точки зрения интерес представляют следующие специальные (функциональные) свойства СПФ, которые тесно связаны с рассмотренными их фундаментальными особенностями.
...
Обратимая деформация ег — это деформация, которая «возвращается» при восстановлении формы. Теоретический ресурс обратимой деформации определяется величиной деформации решетки при мартен-ситном превращении. Например, в практически наиболее важных СПФ на основе никелида титана исходная решетка В2-аустенита превращается в моноклинную решетку В19-мартенсита (рис. 5.17). При этом максимальная линейная деформация достигает 11 %. Это и есть предельная деформация, которую можно набрать за счет прямого мартенситного превращения и возвратить за счет обратного мартенситного превращения. Если мартенситное превращение идет под нагрузкой, то происходит отбор ориентационных вариантов мартенсита и реализуются те из них, которые соответствуют деформации, определяемой схемой нагружения. В то же время, при достаточно большой «наведенной» деформации Ej,
...
Температурный интервал восстановления формы прямо определяется критическими точками начала (As)
...
Температурный интервал легкой деформации, наводящей ЭПФ, располагается вблизи критической точки начала прямого мартенситного превращения А/у
...
Температуры Ms, Мр As, Aj зависят от состава сплава и его структуры, определяемой термической и термомеханической обработками.
...
СПФ могут не только восстанавливать форму, но и развивать при этом большие усилия. Это — реактивное напряжение, генерируемое СПФ в условиях восстановления формы при внешнем механическом противодействии (рис. 5.18).
...
Максимальное реактивное напряжение тем выше, чем больше жесткость противодействия, «запрещенная» деформация и сопротивление сплава пластической деформации.
...
Управление комплексом свойств СПФ — важнейшая проблема современного металловедения. Для расширения возможностей практического применения СПФ необходимо целенаправленно и прецизионно регулировать температурный интервал мартенситных превращений, повысить обратимую деформацию и степень восстановления формы, реактивное напряжение и т. д.
...
Все перечисленные функциональные свойства СПФ являются структурно-чувствительными. Поэтому эффективными способами управления ими служат такие традиционные методы формирования структуры и субструктуры как термическая и термомеханическая (ТМО) обработки.
...
Применительно к сплавам на основе никелида титана основными видами термообработки являются закалка, старение после закалки и свободное термоциклирование через температурный интервал мартенситных превращений [23].
...
Закалка. Закалка СПФ Ti—Ni составов, близких к эквиатомному, предусматривает нагрев до температур существования стабильной рекрис-таллизованной высокотемпературной фазы (В2-аустенит) (рис. 5.19), выдержку при этих температурах и охлаждение со скоростью, достаточной для фиксации высокотемпературного структурного состояния к моменту начала мартенситного превращения.
...
В таком виде закалка используется для смягчения сплава, устранения влияния термомеханической предыстории и восстановления его свойств, гомогенизации твердого раствора, измельчения аустенитного зерна, предотвращения старения в процессе охлаждения.
...
Структурное состояние и свойства СПФ после закалки рекристалли-зованного аустенита служат «элементом сравнения» для других термических и термомеханических обработок: обсуждение и оценка любых изменений структурных и функциональных параметров СПФ в результате термической или термомеханической обработки обычно имеют смысл при соотнесении их с соответствующими параметрами, полученными обычной закалкой, предусматривающей резкое охлаждение рекри-сталлизованного, гомогенного аустенита.
...
В связи с небольшой склонностью к росту зерна, температуры нагрева под закалку сплавов Ti—Ni обычно лежат в интервале 700...900 °С. При этом формируется рекристаллизованный, мелкозернистый, однородный по составу В2-аустенит.
...
Высокая скорость охлаждения особенно важна при закалке стареющих сплавов Ti—Ni, содержащих > 50,5 % (ат.) Ni (см. рис. 5.19). В этих сплавах при недостаточной скорости охлаждения (например, охлаждения на воздухе) в области температур ниже 600 °С из В2-фазы может выделиться избыточная фаза, что приведет к неконтролируемому изменению картины превращений и свойств. Поэтому обогащенные никелем сплавы закаливают в воде или щелочном растворе.
...
Специфической термообработкой является закалка из расплава, которая вносит существенные изменения в фазовое состояние, структуру и свойства СПФ по сравнению с обычной закалкой массивных образцов. Эти изменения определяются неоднородным распределением элементов, резким измельчением аустенитного зерна и кристаллов мартенсита, возникновением высокой плотности дислокаций, а также кристаллографической текстуры. Упрочнение
...
и преимущественная ориентировка зерен аустенита способствует повышению силовых характеристик, обратимой деформации, степени восстановления формы, а измельчение зерна и увеличение дефектности структуры снижает мартенситный интервал.
...
Старение. Большинство практически важных СПФ на основе никелида титана имеют резкую концентрационную зависимость характеристических температур интервала мартенситных превращений. Так, изменение содержания никеля на 0,1 % в «заникеленных» сплавах Ti—Ni влечет изменение точки Ms на 10...20 °С. Это создает проблему получения требуемого интервала только за счет точного «попадания в со
...
ханической обработке. Выход из положения заключается в использовании стареющих СПФ. Старение позволяет целенаправленно и постепенно регулировать функциональные свойства СПФ данного состава.
...
Основную роль в формировании комплекса функциональных свойств в результате старения играют следующие факторы: концентрационные изменения в твердом растворе, изменения в дефектной структуре, возникновение ориентированных полей внутренних напряжений в связи с выделением частиц, когерентных с матрицей, и их релаксация в связи с нарушением когерентности при росте частиц.
...
Из диаграммы фазового равновесия Ti—Ni (рис. 5.19) следует, что ограниченная растворимость никеля в титане определяет существование двухфазной области В2 + TiNi3. Полная последовательность процессов выделения избыточных фаз выглядит следующим образом: Ti3Ni4 —> Ti2Ni3 -> TiNi3. При этом В2-матрица постепенно обедняется никелем, а стадии предвыделения и когерентного выделения сопровождаются возникновением полей ориентированных напряжений, что в совокупности ведет к изменению всего комплекса свойств сплава. Причем используемые на практике режимы старения соответствуют выделению фазы Ti3Ni4. Наиболее эффективно проведение старения сплавов Ti—Ni в интервале температур 400...500 °С. При более низких температурах процесс слишком растянут во времени, а при более высоких -предельная равновесная концентрация никеля в В2-фазе увеличивается, тем самым уменьшая «глубину» старения.
...
Старение аустенита никелида титана эффективно влияет на характеристические точки температуры интервала мартенситных превращений и при этом может изменить саму последовательность мартенситных превращений при охлаждении и нагреве. Главными факторами такого влияния являются перераспределение атомов в твердом растворе с образованием обедненных и обогащенных никелем областей и поля напряжений от когерентных частиц фазы Ti3Ni4.
...
Общей закономерностью является снижение точек Ms, Мр As, Aj- образования (из В2- или промежуточной /?-фазы) и обратного превращения (в В2- или /?-фазы) В19-мартенсита закаленного сплава на стадии предвыделения (250...300 °С), затем их повышение на стадии выделения до значений, превышающих соответствующие закаленному состоянию, и опять понижение после старения выше 600 °С с возвращением к исходному уровню, соответствующему фазе.
...
Начальное снижение температурного интервала мартенситных превращений (ТИМП) объясняют накоплением искажений в структуре твердого
...
раствора на зонной стадии и релаксацией закалочных напряжений, в дальнейшем же превалирует повышающее влияние обеднения никелем основного твердого раствора, а при более высоких температурах — понижающее влияние увеличения равновесной концентрации твердого раствора.
...
Таким образом, последовательность мартенситных превращений, определяемая взаимным положением критических точек Ms,
...

Сварка на контактных машинах
Краткий справочник технолога-термиста
Спутник термиста
Новые материалы
Твердые сплавы
Цементация стали
Зварювальні матеріали

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Новые материалы