CC BY
4ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 621.039.1
Вишневский В.Ю.
начальник группы Федерального государственного унитарного предприятия «Научно-
исследовательский институт Научно-производственное объединение «ЛУЧ» (Россия, г. Подольск)
Бахин А.Н.
к.т.н., начальник лаборатории Федерального государственного унитарного предприятия «Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение «ЛУЧ» (Россия, г. Подольск)
Урусов А.А.
к.т.н., начальник лаборатории Федерального государственного унитарного предприятия «Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение «ЛУЧ» (Россия, г. Подольск)
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБОЛОЧКИ И СВАРНЫХ ШВОВ МОЛИБДЕНОВОЙ АМПУЛЫ
Аннотация: Представлены результаты исследований влияния термической нагрузки с приложенным внутренним давлением на прочностные характеристики молибденовой оболочки и сварных швов.
Ключевые слова: прочность, молибден, растяжение, испытания, сварные швы.
В настоящее время молибден рассматривается в качестве одного из материалов оболочки твэла с топливным сердечником на основе мононитрида урана и уран -
циркониевого карбонитрида (с областью рабочих температур до 1000 К) [1]. Основным требованием, предъявляемым к оболочке твэла, является сохранение ее механических характеристик при циклических нагрузках [2]. Как следствие было проведено исследование прочностных характеристик материала молибденовой оболочки со сварными швами после приложения циклических нагрузок и внутреннего давления (имитация выхода ГПД под оболочку). Циклические испытания проведены на стенде ВЧУ-2 с использованием индукционного нагрева непосредственно ампулы без промежуточного элемента - нагревателя, количество циклов - 350 (ограничено работой твэла с КНТ в реакторе при энерговыделении 700 Вт/см3), температура от 300 до 1400 К. Целью данного исследования являлось сравнение механических характеристик материала оболочки после термических испытаний с исходным состоянием. Для проведения испытаний были изготовлены плоские образцы, полученные при сегментации молибденовой ампулы. Плоские образцы без головок вырезали на проволочном электроэрозионном станке из оболочки в продольном направлении. Острые кромки обрабатывали наждачной бумагой, чтобы убрать концентраторы напряжений. С образцов под номерами 2 и 4 (в исходном состоянии и после термических испытаний) шлифовкой снимали деформированный слой со всей поверхности. Обозначение образцов: 1-3 (в исходном состоянии), 4-6 (после термических испытаний)
Технологические испытания на растяжение и трехточечный изгиб проводили на универсальной машине для испытаний Zwick/Roell 7100^№А со скоростью перемещения траверсы 1 мм/мин, без использования экстензометра. Определяемые механические характеристики при растяжении - временное сопротивление ав, и относительное удлинение 5, при трехточечном изгибе - угол загиба. При испытании на растяжение образец зажимали между губками тисков. При трехточечном изгибе -образец устанавливали на цилиндрические опоры с радиусом закругления 5 мм, разнесенные друг от друга на расстояние L=11 мм, образец нагружали пуансоном с радиусом закругления 5 мм.
Результаты прочностных испытаний
Диаграммы деформирования при растяжении приведена на рисунке 1, полученные значения результатов испытаний ав и 5 приведены в таблице 1. Среднее значение предела прочности и относительного остаточного удлинения 5 образцов в исходном состоянии аВСр= 578± 30 МПа, 5 = 6 ± 3 %, после испытаний аов ср = 440± 5 МПа, 5 = 8 ± 1 %.
Таблица 1 - Величины механических характеристик молибдена марки МЧВП при растяжении до и после термических испытаний
№ Примечание Толщина мм Ширина bo мм Временное сопротивление Об, МПа Относительное остаточное удлинение 5,%
1 Сняты фаски 1,05 3,35 545 3
2 Шлифована вся поверхность 1,03 3,27 603 6
3 Сняты фаски 1,05 3,40 586 9
4 Сняты фаски 1,04 3,51 443 9
5 Шлифована вся поверхность 1,00 3,43 442 7
6 Сняты фаски 1,05 3,43 434 9
J
| у^ 2 — — ■ ч
/ А ff // / JF 6 4 ■ 5
{[¿г -1- -1- -1- -1-i-1-
Абсолютном #П19СКГСЯЬН#1 удпин Н?МН? 9 *Ч
Рис. 1. Диаграмма деформирования при растяжении
На основании результатов изменения механических характеристик молибдена марки МЧВП при растяжении до и после термических испытаний можно сделать следующий вывод - термоциклирование ампулы снижает прочностные характеристики материала ампулы, однако, не приводит к ее разрушению и обозначает возможность длительной и стабильной работы в условиях реакторных испытаний (при температурах ниже 1000 К).
Список литературы
1. Л.В. Тихонов, В.А. Кононенко и др. Структура и свойства металлов и сплавов. Справочник. Механические свойства металлов и сплавов. Киев, Наукова думка, 1986
2. Wise C., "Recoil Release of Fission Products from Nuclear Fuel", J. Nucl. Mater., 1985, 136, pp. 30 - 47
