Предельная растворимость водорода в сплаве Э110

УДК 621.7/.9(06) Физика, химия и компьютерная разработка материалов
В.М. АНАНЬИН, А.А. БУЛАНОВ, Б.А. КАЛИН,
А.А. ШМАКОВ, С.Н. ТИМОШИН1
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
1ОАО «Машиностроительный завод», Электросталь
ПРЕДЕЛЬНАЯ РАСТВОРИМОСТЬ ВОДОРОДА
В СПЛАВЕ Э110
Проведено экспериментальное определение предельной растворимости
водорода (ПРВ) в сплаве Э110 (Zr1%Nb).
Рассмотрены основные методы исследования ПРВ в сплавах циркония;
определены и проанализированы факторы, влияющие на ПРВ в условиях
нагрева (сольвус TSSD) и охлаждения (сольвус TSSP) образцов; проведен
анализ данных, опубликованных с 1954 по 2005 гг. В результате,
установлено
следующее:
значения
равновесной
предельной
растворимости TSSD в циркалоях и промышленных сплавах системы Zr
Nb близки к значениям для нелегированного циркония; общая
температурная зависимость растворимости TSSD в необлученных
циркониевых материалах с концентрацией кислорода менее 1500 ppm (209
экспериментальных точек) имеет вид
lg cTSSD {ppm}  (5,12  0,02 )  (1897  15 ) / T .
(1)
Показано, что для описания условий образования гидридов (сольвуса
TSSP) можно использовать соотношение cTSSP (T) = cTSSD (T + T), где T
температурный гистерезис ПРВ, который зависит от прочности материала
и составляет 2575K.
Положение фазовых границ TSSD и TSSP в необлученном сплаве Э110
определяли, измеряя температурные зависимости внутреннего трения
(логарифмического декремента ) и отношения М = МT/M0, где МT и M0 
значения динамического модуля упругости при температуре испытания и
293K. Измерения проводили на вакуумном релаксометре при частоте
колебаний 5 Гц. Каждый эксперимент предусматривал реализацию
нескольких термических циклов, включающих нагрев наводороженного
образца от 293 до 673723K и его последующее охлаждение со скоростью
2 К/мин. Приемлемую воспроизводимость экспериментальных кривых
наблюдали, как правило, после 2-го цикла испытаний (рис. 1).
Содержание
водорода
в
образцах
определяли,
используя
газоанализатор LECO RH-402.
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 9
113
УДК 621.7/.9(06) Физика, химия и компьютерная разработка материалов

M
0,10
1,0
Модуль упругости
0,08
TTSSP
0,9
0,06
3-й цикл
0,8
4-й цикл
558K
0,04
0,7
Декремент
0,02
0,6
0,5
100
150
200
250
300
350
0,00
400
Температура, 0 С
Рис. 1. Изменение относительного динамического модуля упругости и логарифмического
декремента при охлаждении сплава Э110 (65 ppm H)
Таблица 1. Предельная растворимость водорода в сплаве Э110
Содержание Н,
ppm
20
509  10
484  10
Гистерезис T,
K
25
65
578  10
558  10
20
TTSSD, K
TTSSP, K
Как видно из табл. 1, измеренные значения TSSD согласуются со
статистически-установленными значениями (1). При этом слабый
температурный гистерезис ПРВ (разность T = TTSSD  TTSSP составляет 20
25K) обусловлен, по-видимому, сравнительно невысокими прочностными
характеристиками сплава Э110.
114
ISBN 5-7262-0633-9. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2006. Том 9