ДО ПИТАННЯ ПРО ВПЛИВ ХІМІКО-ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ НА ВЛАСТИВОСТІ СПЛАВУ ГФЕ-1
TO THE QUESTION OF THE INFLUENCE OF CHEMICAL-THERMAL TREATMENT ON THE PROPERTIES OF THE HFE-1 ALLOY
Сторінки: 128-131. Номер: №3, 2020 (285)
Автори:
В. С. ТРУШ1 , К.В. КОВТУН2, В. М. ФЕДІРКО1, О. Г. ЛУК’ЯНЕНКО1
1Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України
2Інститут фізики твердого тіла, матеріалознавства та технологій ННЦ «ХФТІ» НАН України
V. TRUSH1 , K. KOVTUN2 , V. FEDIRKO1 , A. LUK’YANENKO1
1 Karpenko Physico-Mechanical Institute of the NAS of Ukraine
2 Institute of Solid State Physics Materials and Technologies, NSC «Kharkov Institute of Physics and Technology» of the NAS of Ukraine
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2020-285-3-21
Рецензія/Peer review : 15.05.2020 р.
Надрукована/Printed : 05.06.2020 р.
Анотація мовою оригіналу
Гафній та сплави на його основі є важливим конструкційним матеріалом для активної зони ядерних реакторів. Основною особливістю гафнію є те, що він характеризується високою здатністю поглинати нейтрони. Тому він служить основою для виготовлення регулювальних стержнів. Вище згадані вироби досить широко виготовляють з тонколистового матеріалу. Одним із кінцевих технологічних операцій виготовлення
листа є гаряче пластичне деформування з наступним проведенням кінцевої штатної термічної обробки. У даній роботі показано властивості гафнієвого сплаву ГФЕ-1 після різних режимів хіміко-термічної обробки без зняття (шліфування) поверхневого шару після гарячого пластичного деформування. Обробку здійснювали за однакових температурно-часових параметрів (T = 850°С, = 2 год), але за різного розрідження (P = 1,33·10-3Па, P = 1,33·10-2Па, P = 1,33·10-1 Па). Температурно-часові параметри обробки відповідають параметрам штатній фінішній обробці гафнієвого сплаву. У статті показано відмінності поверхні в залежності від режиму обробки робочого середовище. Відповідно до отриманих результатів досліджень хіміко-термічна обробка не призводить до істотних змін стану поверхні гафнію. Наведено хімічний склад приповерхневого шару досліджуваних зразків у вихідному стані (без хіміко-термічної обробки). Зокрема, виявлено, що у приповерхневому шарі завтовшки ~5 мкм від поверхні зафіксовано різний вміст кисню і металевих елементів Fe, Zr й Cr. Вміст гафнію спочатку є мінімальний (до глибини ~5 мкм від поверхні), а потім різко зростає до сталого значення. Тому зроблено припущення, що у вихідному стані гафнію приповерхневий шар ~5 мкм можна умовно класифікувати як «дефектний». Ймовірно, наявність такого шару зумовлена технологією виготовлення листа гафнію. Згідно з розподілом мікротвердості у приповерхневому шарі після різних хіміко-термічних обробок мікротвердість спочатку зростає від поверхні до глибини ~5 мкм, а потім поступово зменшується до значення матриці. Таким чином дюрометричним методом також фіксується певний «дефектний» шар з розміром 5…7 мкм.
Ключові слова: гафнієвий сплав, хіміко-термічна обробка, приповерхневий шар, кисень, мікротвердість.
Розширена анотація англійською мовою
Hafnium and alloys based on it is an important structural material for the core of nuclear reactors. The main feature of hafnium is that it has a high ability to absorb neutrons. Therefore, it serves as the basis for the manufacture of control rods. The aforementioned products are widely enough made of sheet material. One of the final technological operations of sheet production is hot plastic deformation followed by the final standard heat treatment. This paper shows the properties of the GFE-1 hafnium alloy after various modes of chemicalthermal treatment without removing (grinding) the surface layer after hot plastic deformation. The treatment was carried out at the same temperature and time parameters (T = 850° C, t = 2 h), but in different rarefaction (P = 1.33 • 10-3 Pa, P = 1.33 • 10-2 Pa, P = 1 , 33 • 10-1 Pa). Temperature-time parameters of processing correspond to the parameters of standard finishing of hafnium alloy. The article shows the differences in the surface depending on the processing mode of the working environment. According to the research results, chemicalthermal treatment does not lead to significant changes in the surface state The chemical composition of the near-surface layer of the studied samples in the initial state (without chemical-thermal treatment) is given. In particular, it is revealed that in the near-surface layer ~ 5 μm thick from the surface, different contents of oxygen and metal elements Fe, Zr and Cr are recorded. The hafnium content is initially minimal (to a depth of ~ 5 μm from the surface), and then sharply increases to a steady value. Therefore, it was assumed that in the initial. In the state
of hafnium, the near-surface layer ~ 5 μm can be conditionally classified as «defective». Probably the presence of such a layer is due to the manufacturing technology of the letter hafnium. According to the distribution of microhardness in the near-surface layer after various chemical-thermal treatments, the microhardness first increases from the surface to a depth of ~ 5 μm, and then gradually decreases to the value of the matrix. Thus, the durometric method also fixes a certain «defective» layer with a size of 5 … 7 μm.
Key words: hafnium alloy, chemical-thermal treatment, near-surface layer, oxygen, microhardness.
Referencse
1. Azarenkov N. A., Bulavin L. A., Zalyubovskiy I.I., Kirichenko V. G., Neklyudov I. M., Shilyayev B. A Yadernaya energetika:
uchebnoye posobiye, .- KH.: KHNU imeni V. N . Karazina, 2012. P. 535.
2. Keller W. H., Development of hafnium and comparison with other pressurized water reactor control rod materials / Herbert Keller
W. // Nuclear Technology. 1982, Vol. 59, P. 476— 482..
3. Pylypenko M.M. Pure metals for nuclear power / M.M. Pylypenko, S.D. Lavrimenki, P.N. V’yugov // Problems of Atomic
Science and Technology, 2014 92(4). P. 72-81
4. Risovanyye V.D., Zakharov A.V., Klochkov Ye.P. and. Etc. Pogloshchayushchiye materialy sterzhney upravleniya i zashchity
yadernykh reaktorov. 2012. P 442.
5. Yamaka Sh., Ogawa H. and Miyaka M. Effect of interstitial oxygen on hydrogen solubility in titanium, zirconium an hafnium /
Sh.Yamaka, H. Ogawa, and M Miyaka // Journal of the less-common metalsm 1991, 172-174, P 85-94.
6. Trush V.S., Fedirko V.M., O.H. Luk’yanenko, and K.V. Kovtun Optimization of the medium of thermal treatment of GFE-1
hafnium alloy / V.S. Trush, V.M. Fedirko, O.H. Luk’yanenko, and K.V. Kovtun // Materials Science, Vol. 53, No. 2, September, 2017.
7. O’Hara, A., & Demkov, A. A. Oxygen and nitrogen diffusion in α-hafnium from first principles. Applied Physics Letters, 2014. 104
(21), 211909.
8. Neklyudov I.M., Azhazha V.M., Kovtun K.V., i dr. A.A. Vasil’yev Podgotovka proizvodstva konstruktsionnykh materialov iz
gafniya / I.M. Neklyudov, V.M. Azhazha, K.V., Kovtun i dr // Nauka i innovatsii. 2009. T.5. № 2. Р. 23-31.
