Вступ. Завдяки поєднанню унікальних фізико-механічних властивостей з низьким перерізом поглинання теплових нейтронів, цирконій та його сплави широко застосовують в ядерній техніці. Разом із тим існують чинники, які істотно впливають на їхні функціональні властивості, зокрема – кисень та азот.

Тому, мета роботи – встановити вплив хіміко-термічної обробки у контрольованому кисень- та азотовмісному газовому середовищі на твердість поверхні та розмір зміцненого приповерхневого шару ТВЕЛьних трубок.

Методика та матеріали досліджень. Для досліджень використано зразки-кільця, які вирізані із ТВЕЛьної трубки з цирконієвого сплаву Zr-1%Nb українського виробництва. Термічну обробку сплавів цирконію виконували на лабораторному обладнанні в контрольованому кисень- та азотовмісному газовому середовищі за різних режимів (табл. 1). У результаті обробки одержували зміцнений приповерхневий шар металу з різною твердістю поверхні HV та різним розміром зміцненої зони l. Мікротвердість визначали за навантаження 50 г.

Таблиця 1

Режими хіміко-термічної обробки зразків з цирконієвого сплаву Zr-1%Nb

Режими ХТО

Умовне

позначення

Режими ХТО

Умовне

позначення

Режими ХТО

Умовне

позначення

Р1 – T=650°С,

Р=1,3·10^-1 Па

Р2 – T=750°С,

Р=1,3·10^-1 Па

А – T=650°С, Р_N2=1·10⁵ Па

t=3 год

Р1-3

t=5 год

Р1-5

t=5 год

Р2-5

t=5 год

А-5

t=10 год

Р1-10

t=10 год

Р2-10

t=10 год

А-10

t=20 год

Р1-20

t=20 год

Р2-20

t=20 год

А-20

Результати та їх обговорення. За термічної обробки в кисневмісному газовому середовищі твердість поверхні зразків-кілець у часі змінюється за наближеним до лінійного законом (рис. 1, кр. 1, 2). За обробки в азотовмісному газовому середовищі твердість поверхні зразків-кілець змінюється за наближеною до параболічної залежністю (рис. 1, кр. 3).

а

б

Рис. 1. Зміна твердості зовнішньої (а) та внутрішньої (б) поверхонь зразків-кілець після обробки режимами: Р1 – 1, Р2 ‑ 2, А – 3;

Окрім цього, відмічається різниця у швидкості росту зміцненого шару із зовнішньої та внутрішньої сторони стінки зразка-кільця незалежно від технологічного газового середовища (рис. 2).

а

б

Рис. 2. Зміна розміру зміцненого шару на зовнішній поверхні (1) та внутрішній поверхні (2) зразків-кілець після обробки за режимами: а – Р1; б – А.

Висновки. Показано вплив термічної обробки в контрольованому кисне- та азотовмісному газовому середовищі на зміну твердості поверхонь ТВЕЛЬних трубок зі сплаву Zr-1%Nb. Важливим результатом роботи є кінетика зміни розміру зміцненого приповерхневого шару внутрішньої та зовнішньої поверхонь ТВЕЛЬних трубок після обробки в газових середовищах.