Определение прочностных характеристик
На одноосное растяжение
Общие представление.
Образцы применяют для исследования сопротивления коррозионному растрескиванию материала прутков, плит, проволоки, листов и труб, а также соединений, выполненных сваркой, клепкой и другими способами. Допускается использовать образцы с надрезом.
Нагружение образцов проводят с использованием оборудования, обеспечивающего приложение постоянных нагрузки, деформации или возрастающей нагрузки, деформации.
Сущность метода.
Сущность метода заключается в одновременном воздействии на образец нагрузки (постоянной нагрузки и деформации или возрастающей нагрузки и деформации) и коррозионной среды.
Ухудшение характеристик материала вследствие коррозионному растрескиванию происходит, как правило, из-за зарождения и роста трещин. Одна или несколько образующихся трещин разрушают образец, если испытание проводят в течение длительного времени. При отсутствии полного разрушения механические свойства образцов снижаются в зависимости от степени развития трещин, роста питтингов или удлиненных раковин.
Общие требования к образцам
Образцы с постоянным поперечным сечением могут быть круглыми, квадратными, прямоугольными, кольцевыми или в специальных случаях ‑ других форм.
Образцы с расчетной частью конусообразной формы используют для получения ряда значений первоначальных напряжений.
Для испытания на растяжение допускается применять образцы с механическими надрезами и предварительно созданными трещинами. Для образцов с надрезами в основании надреза имеет место трехосное напряженное состояние, а осевое напряжение у основания надреза будет больше номинального, рассчитанного с учетом минимального сечения у основания надреза. Максимальное напряжение в надрезе рассчитывают как произведение номинального напряжения и коэффициента (К1) концентрации напряжения для определенного надреза.
|
|
|
По согласованию сторон взамен испытуемых образцов используют готовые изделия с обработанной поверхностью в состоянии поставки.
Пропорциональность размеров, соблюдаемая в образцах для испытания на растяжение, не обязательна при испытаниях на коррозионному растрескиванию, но для сопоставления результатов различных испытаний следует использовать образцы для испытаний на растяжение.
Для уменьшения концентрации напряжений, которые способствуют зарождению трещин, механически обработанные образцы должны иметь радиус перехода стандартного размера между захватом и рабочей частью (если они разных размеров). Острые углы в образцах, имеющих поперечное сечение в форме квадрата или прямоугольника, следует закруглять.
|
|
|
Захваты могут быть любой формы, соответствующей держателям испытательной машины. Зажимаемый участок образца при необходимости изолируют от воздействия коррозионной среды.
Допускается использовать образцы с малым сечением, если они соответствуют форме изделия, в случаях необходимости сокращения времени испытаний или повышения чувствительности к присутствию небольших трещин, образующихся в результате коррозионному растрескиванию.
Образцы с малым сечением труднее механически обрабатывать, и на их показатели влияют внешние концентраторы напряжений, получающиеся от неосевой нагрузки, коррозионных питтингов и других видов коррозионных поражений. Для механически обработанных образцов рекомендуются расчетная длина образцов более 10 мм и диаметр более 3 мм.
Подготовка образцов
При подготовке образцов к испытаниям проводят механическую обработку с последующим обезжириванием, если не следует выполнять требования п. Параметр шероховатости поверхности должен соответствовать средней квадратической высоте неровностей не более 1 мкм.
При чистовой механической обработке поверхности следует избегать ее перегрева или чрезмерного давления инструмента, которые могут создать остаточные напряжения или вызвать структурные изменения поверхности. Для устранения таких нежелательных эффектов следует применять термическую обработку, химическое или электрохимическое полирование. Не допускается загрязнение поверхности образцов остатками полирующих материалов.
|
|
|
При электрохимическом полировании поверхности не всегда устраняются нежелательные эффекты механической обработки.
При химическом полировании поверхности необходимо принять меры по исключению избирательного травления фаз или осаждения на поверхности загрязнений.
Для материалов, чувствительных к водородному охрупчиванию, не допускается применять химическое или электрохимическое полирование.
Шео – Панч
Для изучения физико-механических свойств материалов, облученных до высоких повреждающих доз. Это обусловлено тем, что большинство штатных методик предполагает использование образцов сложной формы и, как правило, больших размеров. В случае работы с радиоактивными материалами это обстоятельство вызывает серьезные затруднения, поскольку, во-первых, исследователи обычно не располагают стандартными образцами и вынуждены применять в качестве объектов изучения фрагменты деталей и узлов произвольной формы и габаритов. Во-вторых, при работе с радиоактивными материалами возникают осложнения, связанные с ограничением времени проведения эксперимента, созданием громоздкой защиты от радиации и т.п.
|
|
|
В этой связи в [1] был предложен метод испытаний облученных микрообъектов «на сдвиг», получивший название «Шео – Панч». В отличие от других методик, он позволяет применять для механических испытаний микропробы (диски Æ3.5 мм) и при этом определять значения как прочностных, так и пластических характеристик. Основное практическое значение метода Шео – Панча заключается в возможности получения инженерной характеристики s02 (предела текучести «на растяжение») необлученного и облученного материала по результатам определения t (предела текучести «на сдвиг») для микрообразца. Характер корреляции между величинами t и s02 для некоторых аустенитных хромоникелевых сплавов рассмотрен в работах [1,2], где показано, что для нержавеющей стали эмпирическая зависимость между t и s02 , имеет вид: s02=1.7t +80 [МПа].
В то же время, обсуждая особенности этого корреляционного соотношения исследователи, как правило, не затрагивают такой важный вопрос, как влияние масштабного фактора [3], которое может быть особенно значительным при изучении облученных материалов, когда приготовление одинаковых по толщине образцов является сложной задачей.
В данной работе, на примере аустенитной метастабильной стали 12Х18Н10Т, исследовано влияние масштабного фактора (толщины образца) на значения механических свойств и характер разрушения, при испытаниях по методу Шео – Панча.
Рисунок ‑ 8. Принципиальная схема прибора Шео – Панч
Шео – Панч устройство, представляющее собой систему «пуансон - матрица» (см. рисунок ‑ 8), смонтировано на базе универсальной испытательной машины FP – 100/1, дополнительно оборудованной высокочувствительным датчиком усилия. В ходе испытаний пластина исследуемого материала (3) фиксируется между плоскопараллельными стальными плитками матрицы (2) и с заданной постоянной скоростью продавливается пуансоном (1) до разрушения. Одновременно регистрируется кривая «усилие F – перемещение пуансона D l».
При Шео – Панч ‑ испытании геометрия деформируемой зоны определяется, главным образом, разницей диаметров D D пуансона и приемной матрицы [1] (в нашем случае D D=0.4 мм).
Исследовали «на сдвиг» образцы нержавеющей стали 12Х18Н10Т в виде дисков диаметром 3.5 мм различной толщины (от 160 до 450 мкм). Образцы подвергались аустенизирующему отжигу при температуре 1373 К, в течение 30мин в вакууме и последующей электрополировке. Скорость перемещения пуансона составляла 0.4 мм/мин. Это позволило, с одной стороны, минимизировать время испытания, а с другой – получить достаточно качественную запись кривой «усилие сжатия - перемещение пуансона».
Величина механического напряжения сдвига t вычислялась, согласно [1], как: 
, где 
2R п – диаметр подвижного пуансона, равный 1 мм (см рисунке ‑ 8.), d – толщина образца.
Поверхность разрушения испытанных образцов исследовали с помощью растрового микроскопа Amray ‑ 1200.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Постановка задачи
Исследования по прогнозированию поведения материалов топливных сборок ядерных реакторов были начаты в Институте атомной энергии в 2004 году в рамках научно-технической программы «Развитие атомной энергетики в Республике Казахстан». Целью этих работ являлась прогнозирование степени деградации барьерных материалов топливных сборок реактора БН‑350 в условиях их длительного сухого хранения. Для проведения такого прогноза, были проведены эксперименты по длительному отжигу облученных и необлученных образцов чехла ТВС реактора БН‑350, где определяли изменение массы отжигаемого образца за счет образования окисного слоя на поверхности. В этих экспериментах были определены основные показатели коррозии и проведен прогноз степени коррозионного разрушения материалов реактора БН-350 за время длительного сухого хранения.
Известно, что во время высокотемпературного отжига в материале протекает два процесса: в приповерхностном слое – окисление, в объеме – старение. Оба этих процесса вносят свой вклад в изменение структурно-фазового состояния и физико-механических свойств нержавеющих аустенитных сталей – материалов чехлов и оболочек отработавших тепловыделяющих сборок. На основании полученных результатов по коррозии был дан прогноз поведения аустенитных сталей в условиях длительного «сухого» хранения отработавшего ядерного топлива. Но для более корректного прогноза необходимо учитывать изменения структуры и свойств стальных облученных образцов, которые обусловлены термическим старением материала во время отжига.
В связи с этим в рамках данного дипломного проекта образцы облученного чехла ТВС до и после термических испытаний были подвергнуты детальным материаловедческим исследованиям, целью которых является определение степени изменения физико-химических свойств материалов БН‑350 в процессе длительного термического старения.
Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 449; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!