Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Платный доступ или доступ для подписчиков

Влияние наводороживания на структурно-фазовое состояние сплава Zr – 2,5Nb

В. Ю. Ярков, В. И. Пастухов, С. А. Аверин, В. А. Цыгвинцев, С. В. Соловьева

Аннотация


Исследовано структурно-фазовое состояние сплава Zr – 2,5Nb, подвергнутого длительному низкотемпературному нейтронному облучению в водном теплоносителе, с использованием методов рентгеноструктурного анализа и сканирующей электронной микроскопии, включающей дифракцию обратно рассеянных электронов (EBSD). Показано, что образование гидридных γ(ZrH)- и δ(ZrH1,66)-фаз происходит по границам и в теле кристаллитов α(α′)-фазы в виде отдельных пластин, цепочек и крупных скоплений в зависимости от исходной микроструктуры и фазового состава сплава. Во всех случаях между матричными α/α′/β-фазами и гидридами наблюдается определенная кристаллогеометрическая ориентация. Разрушение сварного соединения из сплава Zr – 2,5Nb с высокой концентрацией гидридных фаз происходит хрупко с образованием характерных фасеток скола.


Ключевые слова


циркониевые сплавы; нейтронное облучение; структурно-фазовое состояние; наводороживание; гидриды; ориентационная микроскопия (EBSD); разрушение

Полный текст:

PDF

Литература


Дуглас Д. Металловедение циркония. М.: Атомиздат, 1975. 250 с.

Займовский А. С., Никулина А. В., Решетников Н. Г. Циркониевые сплавы в ядерной энергетике. М.: Энергоатомиздат, 1994. 252 с.

Никулина А. В., Решетников Н. Г., Шебалдов П. В. Технология изготовления канальных труб из сплава Zr – 2,5 % Nb, установленных в реакторах РБМК // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Материаловедение и новые материалы. 1990. Вып. 2(36). С. 46 – 53.

Шебалдов П. В., Никулина А. В., Агеенкова Л. Е., Кожевникова Н. В. Структура и свойства сплавов циркония с ниобием. М.: Труды ВНИИНМ, 1977. 44 с.

Adamson R. B., Coleman C. E., Griffiths M. Irradiation creep and growth of zirconium alloys: A critical review // J. Nucl. Mater. A. 2019. V. 521. P. 167 – 244.

Motta A. T., Capolungo L., Chen L. Q. et al. Hydrogen in zirconium alloys: A review // J. Nucl. Mater. A. 2019. V. 518. P. 440 – 460.

Mishima Y., Ishino S., Nakajima S. A resistometric study of the solution and precipitation of hydrides in unalloyed zirconium // J. Nucl. Mater. A. 1968. V. 27. P. 335 – 344.

Мамонов А. М., Сафарян А. И., Агаркова Е. О., Жилякова М. А. Анализ возможностей преобразования пластинчатых структур титановых и циркониевых сплавов методами термоводородной обработки // МиТОМ. 2018. № 2. С. 22 – 29.

Mishima Y., Ishino S., Nakajtma S. A resistometric study of the solution and precipitation of hydrides in unalloyed zirconium // Journal of Nuclear Materials. A. 1968. V. 27. P. 335 – 344.

Wimmer E., Christensen M., Wolf W. et al. Hydrogen in zirconium: Atomistic simulations of diffusion and interaction with defects using a new embedded atom method potential // J. Nucl. Mater. A. 2020. V. 532. P. 152055.

Калин Б. А., Шмаков А. А. Водород в промышленных сплавах циркония // Физика и химия обработки материалов, 2005. № 1. C. 78 – 84.

Bradbrook J. S., Lorimer G. W., Ridley N. The precipitation of zirconium hydride in zirconium and Zirconium-2 // J. Nucl. Mater. A. 1972. V. 42. P. 142 – 160.

Jia Y.-J., Han W.-Z. Mechanisms of hydride nucleation, growth, reorientation, and embrittlement in zirconium: A review // Materials. 2023. V. 16. P. 2419.

Zhao Z., Morniroli J. P., Legris A. et al. Identification and characterization of a new zirconium hydride // J. Microsc. A. 2008. V. 232. P. 410 – 421.

Nath B., Lorimer G. W., Ridley N. The relationship between gamma and delta hydrides in zirconium-hydrogen alloys of low hydrogen concentration // J. Nucl. Mater. A. 1974. V. 49. P. 262 – 280.

Kim S. D., Kim J. S., Yoon J. Phase analysis of hydride blister in zirconium alloys // J. Alloys Compd. A. 2018. V. 735. P. 2007 – 2011.

Mishr S., Sivaramakrihnan K. S., Asundi M. K. Formation of the gamma phase by a peritectoid reaction in the zirconium-hydrogen system // J. Nucl. Mater. A. 1972. V. 45. P. 235 – 244.

Jia Y. J., Beyerlein I. J., Han W. Z. Precipitation characteristics and distributions of subsurface hydrides in zirconium // Acta Mater. A. 2021. V. 216. P. 117146.

Zhu X., Lin D. Y., Fang J. et al. Structure and thermodynamic properties of zirconium hydrides by structure search method and first principles calculations // Comput. Mater. Sci. A. 2018. V. 150. P. 77 – 85.

Zhang Y., Bai X. M., Yu J. et al. Homogeneous hydride formation path in -Zr: Molecular dynamics simulations with the charge-optimized many-body potential // Acta Mater. A. 2016. V. 111. P. 357 – 365.

Root J. H., Small W. M., Khatamian D., Woo O. T. Kinetics of the  to  zirconium hydride transformation in Zr – 2.5Nb // Acta Mater. A. 2003. V. 51. P. 2041 – 2053.

Никулин С. А., Рожнов А. Б., Бабукин А. В. Структура и сопротивление разрушению циркониевых сплавов для атомной энергетики // МиТОМ, 2005. № 5. C. 8 – 17.

Choubey R., Puls M. P. Crack initiation at long radial hydrides in Zr – 2.5Nb pressure tube material at elevated temperatures // Metall. Mater. Trans. A. 1994. V. 25. P. 993 – 1004.

Puls M. P., Shi S. Q., Rabier J. Experimental studies of mechanical properties of solid zirconium hydrides // J. Nucl. Mater. A. 2005. V. 336. P. 73 – 80.

Thomas R., Lunt D., Atkinson M. D. et al. The role of hydrides and precipitates on the strain localisation behaviour in a zirconium alloy // Acta Mater. A. 2023. V. 261. P. 119327.

Sakamoto K., Nakatsuka M. Stress reorientation of hydrides in recrystallized Zircaloy-2 sheet // J. Nucl. Sci. Technol. A. 2006. V. 43. P. 1136 – 1141.

Шмаков А. А., Калин Б. А., Смирнов Е. А., Бибилашвили Ю. К. О возможности гидридного растрескивания оболочек твэлов легководных реакторов // Инженерная физика.1999. № 1. C. 60 – 62.

Шмаков А. А., Калин Б. А., Иолтуховский А. Г. Теоретическое исследование кинетики гидридного растрескивания в сплавах циркония // МиТОМ. 2003. № 8. C. 35 – 40.

Mikhail Kolesnik. Micro-mechanisms of the ductile-to-brittle transition in hydrogenated zirconium alloys: A review and a comparison analysis of experimental data and theoretical approaches // Engineering Failure Analysis. A. 2024. V. 159. P. 108110.

Исаенкова М. Г., Перлович Ю. А., Фесенко В. А. и др. Закономерности рекристаллизации прокатанных моно- и поликристаллов циркония и сплава Zr – 1 % Nb // ФММ. 2014. Т. 115, № 8. С. 807 – 815.

Isaenkova M., Krymskaya O., Klyukova K., Bogomolova A. Regularities of changes in the structure of different phases of deformed zirconium alloys as a result of raising the annealing temperature according to texture analysis data // Metals. 2023. V. 13. P. 1784.

Ярков В. Ю., Пастухов В. И., Аверин С. А. и др. Структурно-текстурная наследственность в сплаве Zr – 2,5 % Nb // МиТОМ. 2022. № 7(805). С. 47 – 52.

Lobanov M. L., Yarkov V. Yu., Pastukhov V. I. et al. The effect of cooling rate on crystallographic features of phase transformations in Zr – 2.5Nb // Materials. 2023. V. 16. P. 3758.

Ярков В. Ю., Пастухов В. И., Зорина М. А. и др. Влияние скорости охлаждения из -области на фазовые превращения в сплаве Zr – 2,5Nb // ФММ. 2024. Т. 125, № 10. С. 1136 – 1147.

Yarkov V. Yu., Pastukhov V. I., Zorina M. A. et al. Influence of cooling rate from the  region on phase transformations in the Zr – 2.5Nb alloy // Physics of Metals and Metallography. 2024. V. 125, No. 10. P. 1136 – 1147.




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2025.5.28-37

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2025