Графитовых включений

Силикатное стекло, облученное интегральным потоком нейтронов 1-Ю20—2-Ю20 нейтрон/см2, не испытывало расстекловывания [19]. Однако произошли изменения рентгеновской дифракционной картины — уменьшение степени ближнего порядка в стекле. Плотность силикатного стекла увеличилась на 1,6—2,8% при облучении интегральным потоком нейтронов (3 — 16)-1019 нейтрон/см2 в реакторах с графитовым и водным замедлителем [30, 91]. Образцы силикатного стекла, облученные в одном из графитовых реакторов, после достижения максимальной плотности уменьшили ее при продолжении облучения. Объяснения этому пока не найдено. Увеличение плотности силикатного стекла при облучении противоположно изменениям, наблюдавшимся в других керамических материалах, и его можно приписать уплотнению упаковки [172]. После облучения силикатного стекла интегральным потоком 2-Ю20 нейтрон/см2 [27, 160] не было замечено изменений его теплопроводности. Однако есть доказательства, что при облучении электронами высокой энергии и у-излу-чением стекло может приобретать электропроводимость [37].

На основании обобщения как отечественных, так и зарубежных данных предложена модель радиационных изменений свойств углеродных материалов и приведены формулы для расчета этих изменений. Описаны экспериментальные устройства, применяемые в реакторных исследованиях. Рассмотрены различные типы кладок уран-графитовых реакторов.

Одним из основных узлов уран-графитовых реакторов большой мощности является многотонная графитовая кладка, которая должна надежно работать в течение всего срока эксплуатации АЭС, достигающего 30 лет. Отсюда возникают жесткие требования к графиту как конструкционному материалу.

Во всем мире широко ведутся работы по созданию новых марок реакторного графита с улучшенными свойствами. Поскольку в настоящее время теория позволяет лишь приближенно предсказать изменение свойств при радиационных повреждениях различных материалов, создание новых марок завершается радиационными испытаниями не только самого материала, но и конструкционных элементов в условиях, позволяющих моделировать работу конструкций из выбранного графита. Среди этих работ важное место занимают исследования работоспособности кладок уран-графитовых реакторов.

Окисление. В блоках кладки уран-графитовых реакторов графит работает в течение всего времени службы без замены. Отсюда следует требование минимального взаимодействия его с окружающей средой и прежде всего с кислородом. Последний может попадать в кладку различными путями в виде примесей.

где С ц — упругая постоянная решетки по направлению оси а; -\Г и2 — среднеквадратичное смещение атомов из положения равновесия, определяемое из анализа дифракционной линии (ПО). Из представленных в работе Вудса и др. данных следует близкая к прямой пропорциональности зависимость между уменьшением параметра кристаллической решетки с и количеством выделившейся при отжиге энергии (рис. 3.15). Применительно к кладкам уран-графитовых реакторов вопрос о выделении запасенной энергии был обстоятельно проанализирован В. И. Клименковым [49].

В большинстве существующих конструкций уран-графитовых реакторов отвод тепла от графита осуществляется теплоносителем, который охлаждает тепловыделяющие элементы. Уровень температуры кладки зависит от мощности реактора (рис. 6.1) [137, с. 15], коэффициента теплопроводности графита и термического сопротивления, возникающего на зазорах меж-

Рис. 6.2. Распределение температуры по радиусу и высоте кладки уран-графитовых реакторов

Большинство современных действующих уран-графитовых реакторов (табл. 6.2 и 6.3) имеют вертикальное расположение графитовых каналов, при котором облегчается процесс выгрузки твэлов. Такая конструкция кладки более удобна. В этом случае кладку собирают из вертикально расположенных графитовых призм. В вертикальных кладках графит находится под действием собственной массы, поскольку многотонная урановая загрузка либо подвешена на верхних конструкциях, либо опирается на нижние подреакторные опоры. Напряжения, создаваемые в нижних графитовых блоках массой всего столба, не превышают 2—4 кгс/см2.

После сделанных общих замечаний рассмотрим опубликованные в литературе данные об эксплуатации кладок уран-графитовых реакторов. Десятилетний опыт эксплуатации Первой АЭС показал практическую возможность эксплуатации кладки реактора при температуре 700—800° С [33], Для предохранения выгорания графита кладка была заполнена техническим азотом, очищенным перед поступлением в реактор до

Первый период работы многих уран-графитовых реакторов связан с их эксплуатацией при низкой температуре (300° С и ниже), что обусловило и накопление значительной скрытой энергии. Достигая «500 кал на 1 г графита, скрытая энергия будет выделяться при нагревании графита до температуры, на 30—80° превышающей рабочую [51], и может привести к недопустимому разогреву графита. Наиболее высокая скорость накопления энергии Вигнера была зафиксирована в реакторе ВЕРО, поскольку охлаждающий кладку газ подавали в центральную часть, где плотность нейтронного потока была наибольшая, а температура графита — пониженная.

Таким образом, чугун (кроме белого) отличается от стали наличием в структуре графитовых включений, а между собой чугуны различаются формой этих включений.

их химическим составом, но и структурой. Жаростойкие чугуны по структуре могут быть: ферритные, карбидо-ферритные, перлитные или аустенитные. Существенное влияние на жаростойкость чугунов оказывает форма графитовых включений. При шаровидной форме графита стойкость против окисления выше, чем при пластинчатом графите (рис. 100).

Как установил А. М. Зубов, в условиях термоциклирования и износа чугунных прессформ фарных рассеивателей способ отливки заготовок и размеры графитовых включений оказывают большее влияние на жаростойкость, чем низкое легирование серого чугуна. Повысить жаростойкость серых чугунов можно присадками, способствующими измельчению графитовых включений, такими как Si, Ni, Си, или отливкой чугуна в металлическую форму, что обеспечивает прочное врастание образующихся при окислении чугуна окисных пленок в металл и зарастание выходов на поверхность графитовых включений. Условиями, обеспечивающими эти процессы, являются: мелкозернистость и плотность чугуна, равномерное распределение вмходов графитовых включений вдоль окие-ляемой поверхности, средняя длина графитовых включений у яб-

верхности 15—25 мкм и содержание углерода в чугуне 3 — 3,2% при сетчато-пластинчатом (шкала 9, балл 6, обозначение Гр. 6, ГОСТ--3443—57) или междендритном пластинчатом (шкала 9, балл 6, обозначение Гр. 6) распределении графитовых включений у окисляемой поверхности.

Для серого чугуна характерна средняя прочность, меньшая, чем у стали, из-за графитовых включений, создающих концентрацию напряжений. Он обладает удовлетворительной износостойкостью вследствие смазывающего действия графита и повышенным внутренним трением.

Ко второй группе относятся элементы (Сг, Мо, V и др.), образующие растворы замещения преимущественно с цементитом, например (Fe, Сг)зС, (Fe, Мо)зС, - (Fe, У)зС. При превращении определенной концентрации эти элементы образуют специальные фазы - карбиды (например, СгСз, V4C3) и тем самым тормозят графитизацию и вызывают размельчение графитовых включений.

К третьей группе относятся элементы (Ti, Zr и др.), которые вследствие высокой химической активности практически полностью расходуются на образование карбидов, нитридов, оксидов и только в небольшом количестве рстворяются в феррите и цементите. Тугоплавкие включения, образующиеся еще в жидком расплаве, могут служить центрами кристаллизации графита. Поэтому титан, являющийся карбидообразующим элементом, в то же время способствует графитизации и размельчению графитовых включений.

В зависимости от назначения ультразвуковые приборы, как и другие приборы неразрушающего контроля, подразделяются на дефектоскопы для поиска и обнаружения дефектов, толщиномеры для измерения толщины стенок при одностороннем доступе к изделию или измерения толщины покрытий и слоев, анализаторы физико-механических свойств материала, служащие для измерения величины зерна, графитовых включений в чугунах, напряженного состояния объекта, упругих характеристик материала и остальных свойств, которые зависят от скорости прохождения ультразвука.

Перлитные чугуны марок СЧЗО, СЧ35, СЧ40, СЧ45 применяют для деталей, работающих при высоких нагрузках или в тяжелых условиях износа: зубчатые колеса, гильзы блоков цилиндров, распределительные валы и др. Мелкие разобщенные графитовые включения меньше снижают прочность чугунов. Измельчение графитовых включений достигается путем модифицирования жидкого чугуна ферросилицием или феррокаяышем (0,3...0,6% от массы шихты). Отливки из серого чугуна подвергают термической обработке для снятия внутренних напряжений - отжиг I рода (560 °С), нормализацию или закалку с отпуском для повышения механических свойств и износостойкости. Для повышения износостойкости гильз цилиндров, распределительных

Невысокое содержание углерода в ковком чугуне необходимо по двум причинам. Во-первых, для получения высоких прочностных характеристик следует уменьшить количество графитовых включений. Во-вторых, необходимо избегать выделения пластинчатого графита при охлаждении отливок в форме (с этой же целью толщина стенки отливки не должна превышать 50 мм).

На механические и антифрикционные свойства чугуна влияют количество, форма и распределение графитовых включений в основной структуре. Графитовые включения можно рассматривать как соответствующей формы пустоты в структуре чугуна. Около таких дефектов при нагружении концентрируются напряжения, значения которых тем больше, чем острее дефект по форме. Отсюда следует, что в наибольшей мере разупрочняют металл графитовые включения