Упругие свойства конструкционных материалов ядерных реакторов
1, 2, 2,
1, 2. 3, 3
- 1Национальный университет Узбекистана имени Мирзо Улугбека 2Центр Радиационной Безопасности при МЧС РУ 3 Международный казахско-турецкий университет имени
В настоящей работе с помощью ультразвуковых волн получен ряд коэффициентов, характеризующих упругие свойства алюминиевых сплавов САВ-1, и АМГ-2, которые относятся к группе сплавов тройной системы Al-Mg-Si [1, 2]. Наряду с основными легирующими компонентами в этих сплавах могут присутствовать другие примеси и различные интерметаллические соединения, например Al3Fe, AlSiFe, CuAl2. Устойчивость к воздействию больших доз нейтронного излучения и высокая теплопроводность сплавов позволяет использовать их в качестве конструкционного материала при изготовлении различных конструкций в активной зоне ядерных реакторов [3, 4]. В работе исследованы образцы сплавов, приготовленные из стержней промышленной поставки. Плотность сплава определялась по измерениям массы и объема образцов с погрешностью 0,1%. Для измерения скорости акустических волн в сплавах использовался модифицированный метод «импульсной интерференции» Вильямса-Лэмба [5-7]. Продольные и поперечные акустические волны возбуждались и принимались кварцевыми пьезопреобразователями, соответственно X и Y - среза, имеющими резонансную частоту ~10 МГц. Акустический контакт пьезоэлектрического преобразователя с образцом сплава осуществлялся через тонкий слой эпоксидной смолы.
Скорость акустической волны определялась путем регистрации последовательных значений частоты, при которых амплитуда результирующего импульса проходит через минимумы или максимумы из соотношения [6]:
V=2L⋅Δν, (1)
где L – длина образца, Δν – разность двух соседних частот высокочастотного генератора, соответствующих противофазной интерференции. Точность определения скорости акустической волны ограничивалась точностью измерения длины образца и составляла ~0,01%.
Полученные экспериментально значения плотности и скорости акустических волн (продольных VL и поперечных VS ) были использованы для определения упругих констант – модуля Юнга E, модуля сдвига G, модуля объемной упругости К и коэффициента Пуассона:
(2)
(3)
где с - плотность материала, σ – коэффициент Пуассона.
;
Результаты эксперимента и расчета приведены в табл. 1, вместе с данными для номинально чистого алюминия [8].
Табл. Скорости акустических волн и упругие константы сплавов САВ-1, АМГ-2
и алюминия
Материал | Скорость продольных волн VL, 103 м с-1 | Скорость поперечных волн, VS, 103 м с-1 | Модуль Юнга, 1010 Н⋅м-2 | Модуль сдвига, 1010 Н⋅м-2 | Коэффиц. Пуассона |
САВ-1 | 5.98 | 2.95 | 6.71 | 2.51 | 0.337 |
АМГ-2 | 6.16 | 3.02 | 6.92 | 2.66 | 0.342 |
Al | 6.26 | 3.08 | 7.10 | 2.56 | 0.340 |
Видно, что сдвиговая упругая константа у сплавов и алюминия практически одинакова. В то же время модуль Юнга сплавов САВ-1 и АМГ-2 заметно меньше соответствующей константы алюминия. Такой результат свидетельствует о том, что легирующие элементы магния и кремния делают кристаллическую решетку сплава менее упакованной и ослабляют центральные упругие силы связи между атомами. При этом значение коэффициента Пуассона для сплавов практически не отличатся от его значения для алюминия, что соответствует теории, согласно которой значение коэффициента Пуассона в металлах и сплавах меняется незначительно [8].
литература
1. Алюминиевые сплавы (свойства, обработка, применение). Справочник / под ред. Х. Нильсена. Пер. с нем., М.: Металлургия, 1979 г. 679 с.
2. , Коррозийная стойкость алюминиевого сплава САВ-1 после эксплуатации в активной зоне реактора ВВР-К и хранения в водном бассейне // Вопросы атомной науки и техники. 2010. №5. Серия (96), с. 78-83.
3. , Исследование наноразмерной структуры сплава САВ-1, облученного быстрыми нейтронами до высоких флюенсов, методом малоуглового рассеяния нейтронов. ФТТ. 2014. Т. 56, в. 1. с. 160-164.
4. Alikulov Sh. A., F. R., Baytelesov S. A., Boltabaev A. F., Kungurov F. R., Rakhimov E. T., Salikhbaev U. S. High-Temperature Electric and Thermal Conductivity of the Aluminum Alloys SAV-1 and AMG-2. Atomic Energy, 2015, 117, pp. 334-339.
5. , Акустические методы контроля и диагностики. 2008. Томск: ТПУ. 186 с.
6. льтразвуковые методы в физике твердого тела. 1972.М.: Мир, – 307 с.
7. , пругие волны в твердых телах. Применение для обработки сигналов. - М.: Наука, 1982. – 342 с.
8. Акустические свойства легких сплавов. М.: Наука, 1974. 140с.
