Презентация на тему "Обоснование выбора материала для отражателя нейтронов на основе бериллия"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  Национальный исследовательский ядерный университет МИФИФизико-технический факультетКафедра №9 «Физические проблемы материаловедения»Обоснование выбора материала дляотражателя нейтронов на основе бериллия

  Выполнила студентка: Голышко Е.А. Преподаватель: Тенишев А.В. Москва 2012 г.

• 
  Слайд 2

  Исходные данные

  Целевое задание: регулирование и особенности рекристаллизации сплавов

• 
  Слайд 3

  Описание конструкционного элемента

  Отражатель нейтронов – это слой вещества, окружающий активную зону ядерного реактора и служащий для уменьшения утечки нейтронов из активной зоны. Отражатель нейтронов позволяет уменьшить критическую массу делящегося вещества и увеличить съем мощности с единицы объема активной зоны. 1 - бериллиевый блок 2 - герметичный чехол 3 - зазор 4 - дистанционаторы Отражатель нейтронов:

• 
  Слайд 4

  Характеристика бериллия

  Тпл=1284°С Бериллий имеет полиморфное превращение при Тпп=1245°С Зависимость прочностных свойств от размера зерна. 1 – разрушающие напряжения 2 – предел текучести Зависимость механических свойств мелкозернистого бериллия от температуры. 1 – предел прочности при разрушении 2 – удлинение 3 – поперечное сужение

• 
  Слайд 5

  Характеристика бериллия (продолжение)

  Достоинства бериллия: Высокая удельная прочность и жесткость Высокая теплопроводность и теплоемкость Большая теплопоглощающая способность Высокие ядерные характеристики Недостатки бериллия: Хрупкость Токсичность Дефицитность По удельной жесткости Ве превосходит все металлы и сохраняет это свойство до 500-6000С

• 
  Слайд 6

  Анализ исходных данных

  Рабочая температура: Тр= 523 К Температура плавления: Тпл=1553 К Тр/Тпл=а=0,34 σрТр=300 МПа Е=302 ГПа σрТр/Е=0.99·10-3 Основной механизм деформации – дислокационная ползучесть

• 
  Слайд 7

  Требования к свойствам материала

  σрТр = 300 МПа σвТр = 700 МПа nвσрТр = 750 МПа σ0,2Тр = 680 МПа n0,2σрТр = 450 МПа зaдaннaя oснoвa oбeспeчит нeoбхoдимуюпрoчнoсть, нo oнa нe oблaдaeт нeoбхoдимoй плaстичнoстью. Повышения пластичности основы: легирование; термомеханическая обработка (спекание, обработка давлением). Флюенс быстрых и тепловых нейтронов: φтн=0.5·1019н/(м2с) φбн=2.6·1019 н/(м2с) t=40 лет Фтн= 0,5·1019·40·364·24·60·60н/(м2с)=6,3·1027 н/м2н/м2 Фбн=2,6·1019·40·364·24·60·60н/(м2с)=3,2·1028 н/м2

• 
  Слайд 8

  Влияние облучения

  Рабочая температура составляет 0,34*Тпл Будет наблюдаться: НТРО (при Т< (0,3-0,4)Тпл Радиационное распухание( от 0,2 до 0,55 Тпл) Условия облучения и содержание гелия в облученном бериллии Радиационный рост и ползучесть (Т<0,5Тпл) Зависимость роста кристаллической решетки бериллия от флюенса нейтронов при 200С Характеристика требуемого материала: жаропрочностью; радиационной стойкостью; технологичностью (обработка давлением); термостойкостью.

• 
  Слайд 9
  

  Исследование особенности рекристаллизации сплава и регулирования рекристаллизации в бериллиевых сплавах

  Зависимость размера зерна от продолжительности отжига при разных температурах для гидроэкструдированного бериллия со степенью деформации (а) 40%, (б) 82%, (в) 92% Влияние степени обжатия на относительное удлинение бериллиевых прутков, выдавленных при температуре 1070оС Выбран наиболее простой технологический прием повышения пластичности Be - применение выдавливания и выдавливания в сочетании с прокаткой. Однако, при заданной температуре будет наблюдаться радиационная ползучесть. Повысить сопротивление ползучести сплава можно упрочнением дисперсными частицами нерастворимых соединений ВеО.

• 
  Слайд 10

  Выбор легирующего комплекса

  Кислород: Прочность горячепрессованного бериллия с различным содержанием ВеО Легирование ВеО повышает: Сопротивление ползучести Жаропрочность Длительную прочность Хром: Легирование хромом ~0,1% улучшает: радиационную стойкость бериллия повышает жаропрочность. Покрытие бериллиевых порошков хромом: существенно улучшает механические свойства прессованных из таких порошков изделий. Crприсутствует в виде соединения CrBe12. Свойства прессованного бериллия, полученного из порошков с хромовым покрытием

• 
  Слайд 11

  Выбор легирующего комплекса (продолжение)

  Кальций: Наличие включений Ве13Са влияет на: свойства границ зерен уменьшает скорость взаимодействия по границам. Добавление кальция ~0,5% уменьшает диаметр пузырей гелия, образующихся при облучении. Са не ухудшает механических характеристик бериллия. . Предлагаемый состав сплава Be+3%ВеО+0,4%Ca+0,1%Cr Свойства листов сплавов Ве-Са, полученных ковкой при температуре 1050ºС и последующей прокаткой слитков при температуре 950-800ºС Диаграмма состояния системы Ве-Са

• 
  Слайд 12

  Стабилизация структурно-фазового состояния

  Распределение частиц ВеО по границам зерен, х12000 Частицы интерметаллидаCrBe12 в структуре изостатически обработанного бериллия, х5000 Для стабилизации структурно-фазового состояния предлагается провести отжиг при температуре 900°С.

• 
  Слайд 13

  Схематехнологическогоцикла

• 
  Слайд 14
  

  Выводы На основе анализа конструкции отражателя нейтронов и заданных условий эксплуатации сформулирована характеристика материала. Материал должен обладать: жаропрочностью, термостойкостью, радиационной стойкостью, технологичностью. Разработан материал, подвергнутый деформированию и отжигу, удовлетворяющий требованиям, заявленным в задании. Состав сплава материала: Be+3%ВеО+0,4%Ca+0,1%Cr. Характеристики сплава при рабочих температурах: σв~700 Мпа, σ0.2~650. Для обеспечения стабильности структурно фазового состояния применяется отжиг на протяжении 100 минут при температуре 9000С. Предложена технология изготовления блока для бериллиевого отражателя нейтронов. Оптимальной технологией является порошковая металлургия. С использованием VIGA-процесса для получения сферических частиц, и последующее изостатическое прессование.

• 
  Слайд 15

  Спасибо за внимание!