Введение к работе
Аї5л25лькость_теї.к. Отличительной особенности; работы ряда устройств її ответственных элементов конструкций энергетического и химического машиностроения является кестацнанарлость силового нагрукения и температурного воздействия, приводящая к повторник упругопластичесюш деформациям. Б связи с этим весьма актуально стоят вопросы теоретического описания и экспериментального исследования закономерностей сопротивления конструкционных материалов малоцккловому деформирования и разрувюнап в условиях високих температур и развития экспериментальных методов исследований и средств их технической реализация.
Исследованию сопротивления материалов циклическому упруго-пластическочу деформированию и разрупенив з связи с обоснованием несущей способности элементов конструкций и деталей MfffliKH при температурах до 800 С уделяется большое варение. Зиачитеяьнкй вклад в решение этих вопросов внесли Рабогаоэ D.H., Серенсеи СВ., Шнейдерович P.M., Махутов Н.А., Гусеикоп АЛ.,Романов А.Н., Туляков Г.А..Попов А.А., Щур Д.М., Скоробогаяк В.Н.,Мазепа А.Г., Партой В.З., Лугакцев Л.Д.» Кузьмин -М.А., Гсхфзльд Д.А., Лихачёв Ю.И., Писаренко Г.С., Коффин Л.Ф., йшаон С.С. и р-д.
В меньшей степени исследовано сопротивление тугепдазкис мз.іе~ риалов в условиях высоких температур (до 2000 С) и конструкционных материалов при воздействии реакторного излучения. При зто«, даже для материалов неподвергнутых радиационному гоэдействкю» вопрос описания циклической ползучести и релаксации напряжений остаётся открытым. Весьма ограничены такке сведения о иадоцнхло-вой усталости и температура вяэко-хрупхого перехода в процессе реакторного облучения.
Теоретические трудности, связанные с описанием кинетики ползучести и релаксации напряжений при калоцикяозом нагрукения, отсутствие высокоэффективных способов, средств и методов ускоренного определения комплекса прочностных характеристик с эзеокой точностьи за один высокотемпературный или внугриреакторный эксперимент, являптся объективны»: барьером дня получения научней и практической информации в условиях високих температур к реактор- ' ного излучения.
Всё вышесказанное убедительно свидетельствуем что георгтичзо-
-4-кое і: экспериментальное обоснование закономерностей деформирования и раэрупения реакторных конструкционных материалов при высокотемпературном и Бнутрярсакторном циклическом упругопластичес-кок нагружзнии язлябтся актуальной задачей, решению которой к погаяаека настояная диссертация.
Цель работы. Разработать теоретические основы и провести экспериментальные исследования закономерностей малоциклового деформирования и разрушения металлических конструкционных материалов в усдозиязс высоких температур (до 2000 С) и реакторного облучения, что потребовало реиеняя следующих основных задач:
-
На оснозе теоретического анализа закономерностей улруго-пкастичгского деформирования и экспериментальных исследований родить яадачу списания кинетики процессов ползучести и релаксации напряжений в произвольном цикле знакоперекеннсг-с деформк-рованая циклически-контрастных (упрочнявшихся, разупрочнясаихсл) и структурно-нестабильных э процессе ползучести материалов (материалов, сопротивление циклическому деформировании которых зависит 0Y предыстории кагружения).
-
Разработать уравнения для скорости циклической ползучести, установить фунхциональиуэ связь между параметрами уравнений и создать кезоды получения исходных данных к уравнениям по ограни-чекксцу числу нагруаений образца за' одну высокотемпературнуп или реакторнуз кампании.
-
Обосновать а разработать высокоэффективные способы исследования сопротивления «аяоцккловому деформирование, ползучести, релаксации к&прязеений, характеристик малоцикловой усталости и определения вязко-хрупкого перехода в условиях высоких температур и реакторного излучения. Создать высокоточные установки для реализация этих способов.
-
Провести экспериментальные исследования закономерностей дефорїіирозанйя и разрушения реакторных конструкционных материалов в гаирояом диапазоне температур и при воздействии нейтроккогс потока. Осуіїзг.тгиїь сравнительную оценку прочностных характеристик материала яра воздействии и отсутствии нейтронного потока.
5» Создать банк данных для группы тугоплавких (вольфрам, молибден, ыолаСденэаые сплавы)'и конструкционных материалов (не-ржаымодие сгадм» никелевые и алениниввые сплавы) по характеристикам сопротивления малоцикковому длформиро&анно, полаучаети и
-5-ыалоцикловой усталости, ятшзиіихся базовой для высокоточных прочностных расчётов ответстзегсшх элементов конструкций энергетического машиностроения.
^$2222-22225^ *- *"* основе теоретического анализа к экспериментальных исследований разработана техническая теория циклической ползучести, в соответствии с которое установлена функциональная связь между параметрами диаграмм циклического знакопеременного деформирования и ползучести. Скорость ползучести в произвольном цикле определяется как пропззеденяз скорости пластической деформация на траектории знакоперзке'.'.того деформкро-взния с постоянной скоростьл на степенную фунуциа отношения напряжении (дэйствувдего при ползучести и из траектории диаграммы циклического деформирования). Таким образом, задача описания ползучести и релаксации напряжений в произвольном цикле знакопеременного нагружения сводится к определению обобтэших диаграмм циклического деформирования (разработан высокоточный метод их аппроксимации) к зависимости скорости ползучести от напроте~ иия.
-
Разработан метод определения показателя степени (чуэст-рительности к скорости деформирования) в уравнении ЦИКЯКЧЄСКОЙ ползучести по результатам циклического деформирования образца, для чего достаточно произвести совместную обработку циклической диаграммы деформирования и кривей ползучести при одних и тех же значениях пластической деформации, что повішззт дэетозер-ность и точность определения характеристик циклической ползучести и позволяет существенно сократить трудоемкость проведения экспериментов.
-
Для материалов, ка кинетику сопротивления цйкдкчесхоцу деформиров&нмо которых з определённых температурных диапазонах влияет периодическое гюгоченяе испытаний та ползучесть, предложены способы определения при испытаниях и у<*ёта в уравнения циклической ползучести предыстории нагружения (степени структурной нестабильности).
-
Сформулированы, теоретически обоснована и экспериментально подтверждены принципиально новкэ высокоэффективные способы определения следующих прочностнкх характеристик матеряалоз при циклическом упругопластическом деформирогакан: ползучести, иалоцккловой усталости и условной температуры перехода материала из пластичьсхогэ в 'хрупко» состояние. Вес- способи испыта- .
ний загігагку авторскими свидетельствами. Созданные для реализации отих способов кьсокоточнке установки содержат оригинальные технические резлниЕ систем нагрева, нагружания и измерений, также эаслгённыв авторскими свкдетедьстваым.
-
Раэрзбэтаншо метода и способу определения параметров уравнений циклической ползучести го ограначениоцу числу нагруже-ьий и установленная экспериментально независимость чувствитель-косїи к скорости деформирования и степени структурной нестабильности ст числа цикловиагрукекия позволили, осукествляя периоди-: wocA.K.9 изстсрмРійскке испытания образца, впервые получить температурные завиекшстн параметров уравнений ползучести для больной групп» хонстругазонных материалов (вольфрам, молибден, молибденовые сплавы, аустакктные нерж&веювие стали и др.) в диапазоне їсшіератур 20-1500 С.
-
Впервые в практике внутрирейкторньс: испытаний материалов ко результатам малоциклового деформирования образца из аустенит-
нсй Мб л:; IG-15 о 0,2 % бора получены тешературные зависимости характеристик сопротивления знакопеременному упругопластическо-ку де|юрмиров.чнкэ к ползучести до облучения, я процессе облучения и лослэ облучения. Установлено, что при. одном и том же нап-рякснии скорость ползучести при наличии нейтронного потока почти на порядок бокьаз, чем при его отсутствии. Показано, что испытания чо разработанной методике и,соответственно,-совместный анализ криоых ползучест» и циклических диаграмм деформирования, позволяют ссуыествлять достоверную трактовку результатов испытана на ползучесть при воздействия реакторного облучения. '
&521Ш-5222ЕШЇ2« Разработанные зависимости для скорости циклической ползучести удіовлетьорительно описывапт результаты малоцкклозьж испытаний на ползучесть и релаксацию напряжений большой группу цйісянчески-кзктрасгіих и цжяическй-нестабильных иагерналоь (ма-териала -?А наименований ) в диапазоне температур КО - 1500 С. Достоьйриость экспериментальных данных подтверада-етоя совпзденнек результатов сравнителыаос экспериментов, прове-дёншх по рааряботанным способам (слособи испытаний зааишены авторскими саедзтъгьотваш) я известным, и удовлетворительной согласованность» о имезк2К!<яся литературными данными. Точность и надёжность пси исактаниях рбеспечкв&ется использованием современного ,измернтелмюго оборудования» предварительной тарировкой
~7-датчиков измерения я контроля и их дублированием іі^и высокотемпературных и внугрйрёакторшх истгганиях, а тшске статистической обработкой результатов.
H2-532!DLS5I!;2i I-Техническая теория циклической ползучести конструкционных металлических материалов и уравнения для скорости циклической ползучести» устанавливающие функциональную связь между параметрами диаграмм знакопеременного упру-гопластического деформирования и ползучести.
-
Методы и способы определения параметров уравнений циклической ползучести (чувствительности к скорости деформкрозания, степени структурное нестабильности) по ограниченное числу наг-ружений образца, обеспечиваюзие повшение достоверности я точности при определена характеристик ползучести и позволяющие существенно сократить трудоёмкость проведения высокотемпературного или внутриреакторного эксперимента.
-
Результаты экспериментальных исследовіни-І гзавиожости параметров уравнений циклической ползучести от числа циклов наг-руяения при высокотемпературном малоциклозоы деформировании циклически-контрастных и структурно-нестабильных материалов.
-
Методы исследования температурних зависимостей комплекса прочностных характеристик (сопротивление малоцикловому деформировании, чувствительность к скорости деформирования , степень структурной нестабильности и др.) за один высокотемпературный эксперимент или одну реакторную кампанию.
-
Теоретическое обоснопание и экспериментальная проверка высокоэффективных способов испытаний (на ползучесть, малоцикловую усталость и определения температуру перехода материалов из пластического в хрупкое состояше с учётом фляенса нейтронов) при циклическом упругоплястическом деформировании. Високоточные установки для реализации этих способов испытаний в условиях высоких температур (до 2000 С) и реакторного излучения.
-
Температурные зависимости (банк данных) сопротивления знакопеременному деформировании, характеристик циклической ползучести и малоцинловой усталости тугоплавких материалов (вольфрам, молибден, молибденовые сплавы), неряавепаих сталей, никеле- вых и алюминиевого сплавов в диапазоне* температур 20~І500С, а также аустенитной стали 16-15 с 0,2 % бора при облучении з ядерном реакторе, являвшиеся базовыми.для прочностных расчётов
-8-ответственкых элементов конструкций энергетического к химического машиностроения.
ШШЇЕН22і5_Уї522Ь.ЕЗй2Е!і« Экспериментальные данные по сопротивления малоцикловому деформированию и уравнения циклической псдаучестй используются для расчётного определения работоспособности ГБЭЛов ко различных материалов в физико-энергетическом институте (ФЭИ), Подольском научно-исследовательском технологическом институте! (ПНИГЙ), научно-исследовательском института неорганических материалов (НШНЫ). Проьедённые испытания 13 марок нерхаБєгаік сталей и никелевых сплавов позволили выбрать по'характеристикам сопротивления малоцикловому деформи-рэванко к малецикловой усталости оптимальный материал оболочек ТВЭЛоэ и использовать полученные результаты при составлении технических задан;*?, на зновь проектируемые атомные реакторы (НИИНМІ. В Московском институте химического машиностроения ОС1Ш) данкыз по сопротивлению тугоплавких материалов повторному дефорккроваяаю используются при проектных расчётах каналов Ш(53ко~химич8зкіх реакторов, повышение рабочей температуры стенок которых за счёт применения тугоплавких материалов (вольфрам, кодиоден к его сплавы) увеличивает производительность реакторов h улучшает качество продуїщии. Полученные при внутриреакторнои эксперименте температурные зависимости сопротивления малоцикло-во:^у деформированию к чувствительности к скорости деформирования используются в Москсвсхом икїекєрао-физическом институте (Ш!ФИ) при разработке структурной модели, позволяпаей учесть влияние фяпенса ;і интенсивности облучения на характвркеттеи сопротивления материала. Высокоточные установки для проведения высокотек-пературішх прочностных испыташй внедрены в ПНИГИ, ШФИ.НИИгра-фит и віг/гриреакториад установка на ИРТ-2000 (г.Москва). Использование экспериментальных результатов, полученных зависимостей, высокоэффективных способов испытаний и установок в выпе-названнкх организациях, а также в НИЙграфит, НІІМГС и НИИЛ (г.Лыткарико) подтверядено актами внедрения.
Мі!2&їїїі5_2і=ІІ2ї2' ^а*врмаям диссертации докладывались на Всесоюзных симпозиумах по вопросам сопротивления малоцикловому дефорстроваяизо: г.Каунас -I97Ij г.Челябинсг. - 1974 г.; г.Иалан-г-а - 19^3 г. На Всесоюзном совещании:"Радиационные оффекты изменения ыэхакичзских свойств конструкционных материалов и мето-
-9-ды юс исследования" - г.Киев - 1977 г. На научно-технических конференциях и семинарах НИИГС, МИйй, ШИграфит, МКИ, МЖМ, НПО ЩШПШ, НПО НИЙШЛШ - 1970-1992 гг.
СтЕ^кт^2а_и_о6ь|и_рабо7Ы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Обиий объём диссертации - 234 стр., в том числе 63 рис. и 10 табл.
