КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ПО ТЕМЕ «ВЫБОР МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ СПЛАВА СИСТЕМЫ V-CR-TI ДЛЯ КОРПУСА РАЗРЯДНОЙ КАМЕРЫ ТЯР» ВЫПОЛНИЛ: ЯКУШКИН А. А. ГРУППА: Ф 8 -05 РУКОВОДИТЕЛЬ: ТЕНИШЕВ А. В. МОСКВА, 2012
Задание к проекту
Конструктивный элемент Общий вид рабочей камеры В процессе работы на корпус рабочей камеры воздействуют факторы: 1. Радиационное воздействие нейтронов; 2. Термомеханическое напряжение; 3. Воздействие теплоносителя.
Характеристика сплавов V-Ti-Cr, выбор основы Диаграмма состояний системы Nb-Zr V и Ti при высоких Т = 882÷ 1605 °С образует непрерывный ряд твёрдых растворов. Решётка V – ОЦК. Решетка α-Ti – ГПУ, а β-Ti – ОЦК.
Выбор основы Влияние Ti на прочностные свойства V (пунктирная линия – влияние Ti на систему V – 20%Nb) При увеличении содержания Ti в V предел кратковременной прочности увеличивается, а длительной - уменьшается. При небольших добавках относительное удлинение также увеличивается. Основа: V – 4%Cr – 4%Ti
Анализ исходных данных Рабочая температура: Тр = 973 К Температура плавления: Тпл = 2173 К Тр/Тпл = а = 0, 45 σр. Тр=150 МПа G=45 ГПа σр. Тр/Е=3, 33· 10 -3 Основной механизм деформации – пластическая деформация. Карта механизмов деформации V
Анализ исходных данных. Требования к свойствам материала σр. Тр = 300 МПа σв. Тр = 180 МПа nв σр. Тр = 375 МПа σ0, 2 Тр = 154 МПа n 0, 2 σр. Тр = 225 Мпа Прочностные характеристики не достаточные – необходимо упрочнение. Метод: твёрдорастворное и дисперсионное упрочнение. Флюенс быстрых и тепловых нейтронов: φтн=0, 9· 1019 н/(м 2 с) φбн=4, 4· 1019 н/(м 2 с) t=60 лет ≈ 3, 11· 108 с Фтн= 1, 9 109 с 0, 9· 1019 н/(м 2 с)=2, 6· 1027 н/м 2 Фбн= 1, 9 109 с 4, 4· 1019 н/(м 2 с)=1, 37· 1028 н/м 2 Материал должен обладать следующими свойствами: • • • Жаропрочностью; Стойкостью к высокотемпературному радиационному охрупчиванию; Стойкостью к высокотемпературной радиационной ползучести; Технологичностью (свариваемостью, обрабатываемость давлением); Стойкостью в среде He+H 2.
Анализ способов подавления гидридного охрупчивания Используем свойство Cr сопротивляться окислению. Для эффективной защиты от проникновения атомов водорода в материал целесообразно напылить тонкий слой Cr на поверхность, контактирующую с He и H 2
Выбор легирующего комплекса • Nb, Ta, Cr, Mo, W, Ti, Fe, Mn, Re – основные упрочнители. • Ti (3÷ 5%) и Zr (2÷ 3%) – основные упрочнители ванадиевых сплавов • Cr необходим для обеспечения стойкости в агрессивной среде • Si – увеличивает технологичность за счет выделения фаз Ti 5 Si 3 • Y необходим для связывания вредных примесей • Углерод повышает прочностные свойства вследствие дисперсионного упрочнения фазами Ti. C и Zr. C (Zr: C=10: 1 ат. %). Состав сплава: V– 4%Ti– 4%Cr– 2, 5%Zr– 0, 75%C – 0, 5%Si– 0, 3%Y
Технология изготовления заданного конструктивного элемента
Выводы: На основе данных по условиям эксплуатации термоядерного реактора обозначены основные требования к материалу корпуса разрядной камеры ТЯР. Разработанный сплав должен удовлетворять следующим свойствам: • Жаропрочностью; • Стойкостью к высокотемпературному радиационному охрупчиванию; • Стойкостью к высокотемпературной радиационной ползучести; • Технологичностью (свариваемостью, обрабатываемость давлением); • Стойкостью в среде He + H 2. Изучено влияние основных легирующих элементов на свойства ванадия и его сплавов. Для повышения прочности и коррозионной стойкости предложено твердорастворное легирование титаном и хромом. Для повышения жаропрочных характеристик предложено дисперсионное упрочнение сплава карбидными частицами типа Zr. C и Ti. C. Разработан состав сплава для корпуса разрядной камеры ТЯР: V– 4%Ti– 4%Cr– 2, 5%Zr– 0, 75%C– 0, 5%Si– 0, 3%Y. Показано, что разработанный сплав имеет достаточную прочность, высокую радиационную стойкость, обладает коррозионной стойкостью в теплоносителе Li и технологичен. Установлен способ борьбы с гидридным охрупчиванием в ванадиевых сплавах с помощью напыления поверхности конструкции тонким слоем хрома, который препятствует проникновению водорода в материал. Для стабилизации СФС необходимо проводить длительный высокотемпературный отжиг при температуре 1200 °С, закалку с температуры 700 °С и последующую холодную деформацию. Предложена технологическая схема изготовления корпуса разрядной камеры ТЯР из разработанного сплава.
Скачать презентацию КУРСОВОЙ ПРОЕКТ ПО ТЕМЕ ВЫБОР МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ
Презентация_Якушкин.pptx