Цирконієві сплави належать до конструкційних матеріалів активної зони ядерних реакторів. Ці сплави мають високі механічні властивості хорошу корозійну стійкість. Ра­зом з тим існують чинники, які істотно знижують можливості їх застосування. Зокрема, значний вплив на службові властивості цирконієвих сплавів мають елементи втілення – кисень та азот, які легко з ним реагують і беруть участь у всіх процесах, що відбуваються в матеріа­лі під час експлуатації. Одним з ефективних методів керування структурою та характеристиками приповерхневих шарів металів є хіміко-термічна обробка (ХТО).

Тому, мета роботи – встановити вплив ХТО у контрольованому азотовмісному газовому середовищі зразків-кілець зі сплаву Zr-1%Nb, вирізаних з ТВЕЛьних трубок, на тривалу міцність (100 год) за робочої температури Т = 380°С на повітрі.

Методика та матеріали досліджень. Для досліджень використано зразки-кільця з цирконієвого сплаву Zr-1%Nb, які вирізали з ТВЕЛьної трубки українського виробництва. ХТО сплавів цирконію виконували в контрольованому газовому середовищі за різних режимів: вакуумний відпал (стандартна термічна обробка) R0 – T = 580°С,                                    Р = 1·10^-4 мм. рт. ст., t= 3 год; обробка в азотовмісному середовищі – R1 – T = 650°С,           Р = 1·10^-5 мм. рт. ст., t = 1 год + T = 580°С, Р = 760 мм. рт. ст., t = 10 год), R2 – T = 580°С,         Р = 1·10^-5 мм. рт. ст., t= 1 год + T = 580°С, Р = 760 мм. рт. ст, t= 9 год).

Результати та їх обговорення. Встановлено, що властивості зразків-кілець при тривалій витримці за температури Т = 380 °С на повітрі чутливі до наявності модифікованого азотом приповерхневого шару металу (рис. 1). Так 100 год міцність зразків-кілець, оброблених за режимом R1, дещо вищі від рівня характеристик після вакуумної (стандартної термічної) обробки ТВЕЛьних трубок (режим R0). З іншого боку, зразки-кільця, оброблені за режимом R2, за витримки >10 год виносять менші руйнівні напруження в порівнянні з тими, що оброблені за режимом R1. Причиною різниці у поведінці зразків-кілець є наявність приповерхневого шару металу з різним градієнтом твердості по перерізу, який впливає на залежність руйнуючих напружень у часі. Для кращого розуміння даного факту в подальшому будуть проведені поглиблені металофізичні дослідження.

Рис. 1. Тривала міцність зразків-кілець з цирконієвого сплаву Zr-1%Nb на
повітрі при температурі Т = 380°С після обробок у газових середовищах за
різних режимів: 1 – R0, 2 – R1, 3 – R2

Висновки. Важливим результатом роботи є те, що експериментально показані руйнівні напруження азотованих зразків-кілець зі сплаву Zr-1%Nb, вирізаних з ТВЕЛьних трубок, за тривалої витримки (100 год) при робочій температурі Т = 380°С на повітрі.