работа 14 страниц, 8 рисунков, 2 таблиц, 7 источников (стр. 3 из 3)

Рисунок 6 – «Восстановленные» инженерные (а) и «истинные» (б) диаграммы упрочнения и соответствующая им до деформации микроструктура (в) образца стали ХНС-2 с переходным сварным соединением.

Структура основного материала ХНС-2 (25мм от шва см. рис. 7) представляет собой γ-твердный раствор аустенита в виде мелких полиэдров (d_ср~15мкм), двойников очень мало. Включения α'-фазы располагаются строчечно вдоль грани ТВС в виде мелких изолированных частиц; также в материале присутствуют дисперсные карбиды и более крупные включения (~1мкм), расположенные как по границам зерен, так и в теле зерна аустенита.

Рисунок 7 – Структура основного материала ХНС-2 (25мм от зоны шва).

На рисунке 6в(1) представлена структура дендритов сварного шва стали ХНС-2. Сечение параллельно главному направлению роста дендритов. В результате полной перекристаллизации материала получилась мелкоячеистая разориентированная структура; положение кристаллов в швах говорит о малых скоростях сварки и затвердевания. Средняя величина ячеек составляет ~ 5мкм, при ширине шва 6мм.

На рисунке 6в(2) показана структура зоны термического влияния вблизи сварного шва. Структура осталась аустенитной, карбиды по границам зерен отсутствуют; количество дисперсных карбидов хрома в теле зерна увеличивается по мере удаления от границы сварного шва, а количество строчечно расположенной α'-фазы уменьшается от ~30% у сварного шва до ~5% в основном материале. Величина зерна аустенита также уменьшается с ~30мкм у границ сварного шва до ~15мкм в основном материале ТВС.

Структура исследуемого материала на расстоянии 5мм от сварного шва приведена на рисунке 6в(3). Полиэдры аустенита уже представляют сособой структуру основного материала. Но величина включений как по границам зерен, так и в теле зерна больше, чем в исходном состоянии (~1.5-2мкм).

Влияние процесса сварки на структуру стали заканчивается на расстоянии ~15мм от границы сварного шва.

Из диаграмм изображенных на рисунке 6 (а, б) видно, что по мере отдаления от зоны шва прочность материала возрастает при сохранении пластичности. При этом зоны сплавления и термического влияния на отметке «+2», несмотря на большие различия в структуре, в целом совпадают. Механические характеристики сварного шва приведены в таблице 2:

Таблица 2. Механические характеристики сварного шва стали ХНС-2

Зона в образце	Предел текучести, МПа	Предел прочности, Мпа	Равномерная деформация, %	A до предела прочности, МДж/м3
Зона сплавления (отм. «0»)	453	801	12	85
Зона термического влияния (отм. «+2»)	467	817	11	78
Зона термического влияния (отм. «+6»)	480	880	11	82

Немного большие значения σ_Т и σ_B в зоне термического влияния на отметке «+6» также соответствуют более высокой прочности отдаленной от шва зоны. При этом работа до предела прочности из-за небольших расхождений деформаций и напряжений в целом по всем зонам остается постоянной и равна ~80 мДж/м³.

Место индентирования: А – зона сплавления (отм. «0»), Б – зона термического влияния (отм. «+2»), В – зона термического влияния (отм. «+6»). Серым выделена зона шва.

Рисунок 8. Распределение микротвердости по длине образца.

Из рисунка 8 видно, что микротверость образца, определенная по методу Викерса, колеблется в районе 200-220 кг/мм². Твердость по зоне термического влияния плавно понижается от зоны шва к отметке «+3», после чего повышается до 218 кг/мм² и остается постоянной до конца образца. По краям шва значения микротвердости не сильно отличается от значений в зоне термического влияния вдали от шва (4-6мм) с понижением к середине шва.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

· Разработана и успешно протестирована на облученной стали 12Х18Н10Т методика «Восстановления механических характеристик из результатов вдавливания сферического индентора». Полученные результаты хорошо коррелируют с результатами испытаний на растяжение.

· С помощью данной методики получены механические характеристики сварного шва стали ХНС-2, при этом было показано, что:

- При равной пластичности прочность материала по мере удаления от зоны шва возрастает. При этом, материал в зонах шва и термического влияния имееет в целом схожие механические характеристики.

- Значения равномерной деформации и работы до передела прочности у всех исследованных зон образца совпадают.

· Исследована микроструктура сварного шва.

· Построено распределение твёрдости по Викерсу по длине образца. Значения микротвердости хорошо коррелируют с прочностными характеристиками, полученными из диаграмм.

Стоит отметить, что механические характеристики сварного шва в целом являются достаточно удовлетворительными для облученного в течение длительного времени участка ТВС реактора БН-350. Сравнивая полученные данные с результатами работы [7], можно заметить, что δ_равн стали 12Х18Н10Т, облученной до того же уровня повреждающих доз всего на 1-2% больше (13%), при этом предел текучести больше на 80-100 МПа (σ_Т = 550МПа), а предел прочности наоборот меньше на 10-20МПа (Для зоны сплавления и отметки «+2») и на 100МПа (для отметки «+6») (σ_B = 780МПа). Механическая работа равномерной деформации для стали 12Х18Н10Т составляет 100МДж/м³, что на 20МДж/м³ больше чем для сварного шва ХНС-2.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Kohyama, A. Cracks in TIG Welded, Neutron-Irradiated 304 Stainless Steel / Kohyama A [at al]. // Effects of radiation on materails: 19^th symposium. – 2000. – P. 259–272.

2. Haggag, F.M. In-situ measurements of mechanical properties using novel automated ball indentation system / F.M. Haggag // Small specimen test techniques applied to nuclear reactor vessel thermal annealing and plant life extension. – 1993. – P. 27–44.

3. Марковец , М. П. Определение механических свойств металлов по твердости / М. П. Марковец. – М. : Машиностроение, 1979. – 191 с.

4. Tipping, Ph. Fitness for service considerations: The Meyer hardness test applied to cold rolled and annealed steel to analyse its physical state / Ph. Tipping, V. Levit // Proceedings of the Fourth International Colloquium on Ageing of Materials and Methods for the Assessment of Lifetimes of Engineering Plant, Cape Town, South Africa. – 1997. – P. 285–295.

5. Kim, J.W. Analysis of tensile deformation and failure in austenitic stainless steel: Part II – Irradiation dose dependence / J.W. Kim T.S Byun // JNM. – 2010. – Vol. 386. – P. 10-19.

6. Мережко, М.С. Особенности деформации и фазово-структурных превращений облученных нейтронами меди и стали 12Х18Н10Т в условиях сложно-напряженного состояния / М.С. Мережко, О.П. Максимкин, М.Н. Гусев, С.В. Рубан // Вестник НЯЦ. – 2010. – № 2. – С.49–53.

7. Тиванова, О. В. Процессы локализации деформации, сопровождаемые структурно-фазовыми изменениями в металлах (Ni, Mo) и сплавах (12Х18Н10Т, 08Х16Н11М3, 03Х20Н45М4БРЦ), облученных нейтронами и альфа-частицами : автореф. дис…канд. физ.-мат. наук : 01.04.07 / Тиванова Оксана Викторовна. – Алматы, 2008. – 23 с.

Аннотация

МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И МИКРОСТРУКТУРА СВАРНОГО ШВА СТАЛИ ХНС-2, ОБЛУЧЕННОЙ В РЕАКТОРЕ БН-350

Мережко М.С., Максимкин О.П., Турубарова Л.Г.

Институт ядерной физики НЯЦ РК, Алматы, Республика Казахстан.

Разработана новая методика по определению механических характеристик облученных материалов из результатов вдавливания сферического микро-индентора. С её использованием получены инженерные и «истинные» кривые деформационного упрочнения, аналогичные кривым, получаемым из экспериментов на растяжение, а также, значения равномерной деформации, пределов текучести и прочности, работы до предела прочности. Проведен анализ результатов. Проанализирована микроструктура различных зон сварного шва и распределение микротвердости.

Abstract

MECHANICAL PROPERTIES AND MICROSTRUCTURE OF HNS-2 STEEL WELD IRRADIATED IN BN-350 REACTOR

Merezhko M.S, Maksimkin O.P., Turubarova L.G.

Institute of nuclear physics NNC RK, Almaty, Republic of Kazakhstan.

New method for investigating of mechanical properties of irradiated materials from hardness indentation results was developed. Using this method engineering and «true» stress-strain curves (analogue tensile test results), uniform deformation values, yield and ultimate strength values, work of uniform deformation were found. Analysis of founded results were made. Microstructure and microhardness of all zones of weld were analyzed.

Аңдатпа

БН-350 РЕАКТОРЫНДА СӘУЛЕЛЕНДІРІЛГЕН ХНС-2 БОЛАТТЫҢ ПІСІРІЛГЕН ЖІКТЕРІНІҢ МЕХАНИКАЛЫҚ СИПАТТАМАЛАРЫ МЕН МИКРОҚҰРЫЛЫМЫ

Мережко М.С., Максимкин О.П., Турубарова Л.Г.

ҚР ҰЯО Ядролық физика институты, Алматы, Қазақстан

Сфералық микро-инденторды басып енгізу нәтижелерінен сәулелендірілген материалдардың механикалық сипаттамаларын анықтау бойынша жаңа әдістеме әзірленді.Оны пайдалана отырып, созу эксперименттерінен алынатын қисықтарға ұқсас деформациялық беріктеудің инженерлік және «шынайы» қисықтары, сонымен қатар бірқалыпты деформация мәні, аққыштық пен беріктік шектері, беріктік шегіне дейінгі жұмыстар алынды. Нәтижелерді талдау жүргізілді. Пісірілген жіктің әртүрлі аймақтарының микроқұрылымы және микроқаттылық үлестірілуі талданған.