Вступ. Проблема створення і модернізації конструкційних матеріалів з оптимальною мікроструктурою і високими експлуатаційними властивостями займає окреме місце в ядерній галузі. До конструкційних матеріалів активної зони ядерних реакторів належать, перш за все, цирконієві сплави. До чинників, які істотно знижують можливості їх застосування відносять домішки проникнення – кисень, азот, які легко з ним реагують і беруть участь у всіх процесах, що відбуваються в матеріа­лі.

Тому, мета роботи – встановити вплив хіміко-термічної обробки в азотовмісному та кисневмісному газовому середовищах на твердість зовнішньої поверхні зразка, вирізаного з ТВЕЛьної трубки зі сплаву Zr1%Nb.

Методика та матеріали досліджень. Для досліджень використано зразки, вирізані з ТВЕЛьної трубки з цирконієвого сплаву Zr-1% Nb. Хіміко-термічну обробку сплаву виконували в газовому середовищі за різних режимів: вакуумний відпал (штатна термічна обробка) R0 – T = 580 °С, t = 3 год; обробка в кисневмісному середовищі R1 – T = 580 °С, Р = 1·10^{-2 мм. рт. ст.,} t = 3 год. R2 – T = 580 °С, Р = 1·10^-2 + 1·10^-4 мм. рт. ст., t = 3 год; обробка в азотовмісному середовищі – R3 – T = 650 °С, Р = 1·10^-5 + 760 мм. рт. ст., t = 11 год; R4 – T = 580 °С, Р = 1·10^-5 мм. рт. ст. + 760 мм. рт. ст., t = 10 год.

Результати та їх обговорення. Розчинення елементів втілення у цирконієвих сплавів пов’язано із спотворенням кристалічної ґратки та, внаслідок цього, суттєвим підвищенням твердості. Тому, після різних режимів обробки визначали мікротвердість як поверхні так і приповерхневого шару, яку вимірювали на “скісних” шліфах.

Згідно з результатами досліджень (табл. 1 та рис. 1) твердість зовнішньої поверхні зразка, вирізаного з ТВЕЛьної трубки зі сплаву Zr-1% Nb, після вакуумного відпалу становить HV_0,49 = 260±25, а після обробки у кисневмісному середовищі за режимами R1-R2 змінюється від H^пов. = (275 ± 20) HV_0,49 до  (310 ± 25) HV_0,49 одиниць твердості, а після обробки в азотовмісному середовищі режими R3-R4 твердість поверхні становить H^пов.= (315 ± 15) HV_0,49. Товщина зміцненого шару після відпалу у вакуумі l = 15…19 мкм; після окиснення – l = 22…27 мкм; а після азотування також зростає і становить l = 34…39 мкм за рахунок більшої тривалості азотування.

Рис. 1. Розподіл мікротвердості по товщині стінки зразка, вирізаного з ТВЕЛьної трубки сплаву Zr-1% Nb, після обробки за режимом: а – R0; б– R1; в – R2; г – R3; д – R4

Висновок: Експериментально виявлено, що хіміко-термічна обробка в азотовмісному та кисневмісному газовому середовищах  впливає на твердість зовнішньої поверхні зразка, вирізаного з ТВЕЛьної трубки зі сплаву Zr-1% Nb.