Применение микрообразцов для определения механических свойств окисленных циркониевых сплавов

В результате высокотемпературного окисления (ВТО), имитирующего аварию с потерей теплоносителя, оболочки приобретают слоистую структуру, состоящую из хрупких оксидного слоя на поверхности и насыщенного кислородом слоя a-фазы и внутреннего «ex-b»-слоя, обеспечивающего вязкость оболочечных труб. В работе для количественной оценки пластичности циркониевых оболочек после ВТО предложена методика испытаний на растяжение  плоских микрообразцов, вырезанных из центрального «ex-b»-слоя в осевом направлении труб.

В качестве исходных образцов для исследований использовали образцы оболочечных труб диаметром 9,13 мм, длиной 30 мм, и толщиной стенки 0,7 мм из циркониевого сплава Э110 (Zr-1%Nb), изготовленного на основе различной шихты (электролитический и губчатый цирконий) после двухстороннего ВТО в паре при температуре 1100 ºС до степени окисления ЛГО 10 и 18 %.

Трубчатые образцы были разрезаны на продольные сегменты и утонены на абразивной бумаге до плоских пластин толщиной 0,3 мм (оксидный и α-слой были удалены). После этого из пластин с помощью прецизионного двухкоординатного электроэрозионного проволочно-вырезного станка вырезались микрообразцы в форме «лопаток» для растяжения длиной 7 мм, длиной рабочей части 2 мм и шириной 1 мм. Полученные микрообразцы испытывали на растяжение на универсальной испытательной машине Instron 5966 со скоростью 1 мм/мин с использованием специально изготовленных переходников для крепления микрообразцов в захватах.

Предварительно, для обоснования использования разработанной нестандартной методики испытаний на растяжение микрообразцов проводили сравнение полученных по ней результатов с результатами стандартных механических испытаний на образцах циркониевого сплава  в рекристаллизованном состоянии.

Результаты испытаний показали, что при испытаниях микрообразцов на растяжение диаграммы деформации имеют традиционный вид, механические характеристики практически совпадают с характеристиками, получаемыми при испытаниях стандартных образцов. Методика показала высокую чувствительность при испытаниях материалов с заведомо различной пластичностью (сплавы на электролитической и губчатой основе).

Научный руководитель - к.т.н., доцент Рожнов А.Б.