Разработка опытной технологии изготовления прутков из гафния для ПЭЛов
Разработаны и опробованы различные схемы ковки и прессования гафниевых прутков. Полученные прутки отличаются структурой, механическими свойствами и текстурой. Исходя из полученных результатов, для дальнейшей разработки были выбраны две альтернативные технологические схемы изготовления прутков из гаф...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Datum: | 2000 |
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2000
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78233 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Разработка опытной технологии изготовления прутков из гафния для ПЭЛов / Г.И. Волокита, В.С. Красноруцкий, Э.А. Резниченко, Б.П. Черный, М.П. Зейдлиц, В.С. Вахрушева // Вопросы атомной науки и техники. — 2000. — № 5. — С. 62-69. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859625772860309504 |
|---|---|
| author | Волокита, Г.И. Красноруцкий, В.С. Резниченко, Э.А. Черный, Б.П. Зейдлиц, М.П. Вахрушева, В.С. |
| author_facet | Волокита, Г.И. Красноруцкий, В.С. Резниченко, Э.А. Черный, Б.П. Зейдлиц, М.П. Вахрушева, В.С. |
| citation_txt | Разработка опытной технологии изготовления прутков из гафния для ПЭЛов / Г.И. Волокита, В.С. Красноруцкий, Э.А. Резниченко, Б.П. Черный, М.П. Зейдлиц, В.С. Вахрушева // Вопросы атомной науки и техники. — 2000. — № 5. — С. 62-69. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Разработаны и опробованы различные схемы ковки и прессования гафниевых прутков. Полученные прутки отличаются структурой, механическими свойствами и текстурой. Исходя из полученных результатов, для дальнейшей разработки были выбраны две альтернативные технологические схемы изготовления прутков из гафния марки ГФЭ-1. По выбранным схемам после их доработки были получены опытные партии прутков, удовлетворяющие предъявляемым к ним техническим требованиям. Определены направления дальнейших исследований и разработок.
|
| first_indexed | 2025-11-29T11:41:08Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.039
РАЗРАБОТКА ОПЫТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ПРУТКОВ ИЗ ГАФНИЯ ДЛЯ ПЭЛОВ
Г.И.Волокита, В.С.Красноруцкий, Э.А.Резниченко,
Б.П.Черный*, М.П.Зейдлиц*, В.С.Вахрушева**
НТК «ЯТЦ» ННЦ ХФТИ, г.Харьков; * ГП «Рубин», г.Харьков; **ГТИ, г.Днепропетровск
Разработаны и опробованы различные схемы ковки и прессования гафниевых прутков. Полученные прут-
ки отличаются структурой, механическими свойствами и текстурой. Исходя из полученных результатов, для
дальнейшей разработки были выбраны две альтернативные технологические схемы изготовления прутков из
гафния марки ГФЭ-1. По выбранным схемам после их доработки были получены опытные партии прутков,
удовлетворяющие предъявляемым к ним техническим требованиям. Определены направления дальнейших
исследований и разработок.
ВВЕДЕНИЕ
Известно, что гафний является одним из наибо-
лее перспективных материалов в атомном реакторо-
строении [1-4]. Результаты экспериментальных ис-
следований и опыт эксплуатации регулирующих
стержней из гафния в ядерных реакторах (ЯР) свиде-
тельствуют о том, что он является наиболее подхо-
дящим поглотителем для органов регулирования ЯР
типа ВВЭР. Наряду с замечательной поглощающей
способностью он обладает высокими механически-
ми свойствами, радиационной и коррозионной стой-
костью в воде при высоких давлениях и температу-
ре. Кроме этого утяжеленные ПС СУЗ с гафнием
позволят существенно уменьшить время срабатыва-
ния защиты ЯР.
В настоящее время в качестве первого шага при-
ступили к реализации проекта так называемой «ма-
лой модернизации» ПС СУЗ, связанной с заменой в
нижней части ПЭЛов карбида бора на металличе-
ский гафний на 3-ем блоке РАЭС, на очереди ЮУ
АЭС. По оценкам такая замена без внесения суще-
ственных изменений в конструкцию штатных
ПЭЛов позволит увеличить массу ПС СУЗ с целью
безусловного срабатывания в режиме АЗ за время
менее 4 секунд. Вместе с тем, на сегодня отработан-
ная технология изготовления прутков из гафния от-
сутствует. Учитывая современные тенденции в реак-
торостроении, направленные на увеличение срока
службы и надежности систем ЯР, а также ориента-
цию на организацию производства комплектующих
к ним в Украине, возникла потребность в разработке
технологии изготовления прутков для ПС СУЗ из
гафния марки ГФЭ-1, имеющегося в Украине в до-
статочном количестве. Цель настоящей работы:
опробовать различные технологические схемы полу-
чения прутков из гафния с физико-механическими
параметрами, удовлетворяющими предъявляемым к
ним техническим требованиям. Основываясь на по-
лученных результатах, произвести выбор наиболее
оптимальной технологической схемы, или схем, для
дальнейшей отработки и создания опытно-промыш-
ленной технологии получения прутков из гафния.
В работе принимали участие НТК «ЯТЦ» ННЦ
"ХФТИ" (г. Харьков) совместно с ГП «Рубин»
(г.Харьков) и ГТИ (г.Днепропетровск).
ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ПРУТКОВ
На сегодня в ряде промышленно развитых стран
накоплен определенный опыт изготовления изделий
из гафния и их длительной эксплуатации в качестве
органов регулирования в активных зонах ЯР.
Слитки гафния деформируют, как правило, в α-
фазе. Основную опасность при нагреве на воздухе
представляют окисление металла и его насыщение
водородом и азотом, что приводит к значительному
снижению его пластичности [1,5-7] и затрудняет
процесс дальнейшей деформации. Применяется
несколько альтернативных процессов: прессование
(экструзия), прокатка, свободная ковка, радиальное
обжатие, волочение и их комбинации.
Свободная ковка как на молоте, так и на прессе
проводится в диапазоне температур 880...1200оС.
Обычно ковку начинают с легкого обжатия с целью
разрушить структуру литья. Далее ковку проводят
по схеме квадрат → шестигранник или восьмигран-
ник → пруток круглого сечения или пластина.
Благодаря быстроте процесса, степень обжатия меж-
ду подогревами заготовки может быть увеличена.
Это ускоряет процесс деформации и позволяет сни-
зить степень насыщения кислородом и азотом.
При осадке на прессе требуемое давление в зна-
чительной степени меняется в зависимости от разме-
ров слитка, температуры деформации и способов
дальнейшей обработки, но, по утверждению иссле-
дователей, не превышает 8 т/см2 [6-7]. Разработке
методов прессования (экструзии) прутков из гафния
уделялось гораздо меньше внимания, так как счита-
ется, что при этом образуется значительное количе-
ство отходов гафния. Кроме этого для экструзии
требуются мощные прессы и жаропрочная износо-
стойкая пресс-оснастка. Рекомендуемое давление
прессования - от 10,5 до 14,0 т/см2, а температура
прессования ≤ 1100оС.
Методами радиального обжатия несколько про-
ще получить гафниевый пруток из кованного слитка.
Радиальное обжатие можно проводить при более
низких температурах вплоть до комнатных. Этот
процесс является высокопроизводительным и позво-
ляет получать прутки гафния с довольно высоким
качеством поверхности. В отличие от обычной ков-
ки на молотах и прессах в рассматриваемом процес-
се деформация происходит не за счет удара или еди-
ничного интенсивного обжатия, а в результате при-
ложения большого числа обжатий с относительно
малой степенью деформации за одно обжатие двумя,
четырьмя и более бойками, расположенными в одной
плоскости и сходящимися в радиальном направлении.
Заготовка при этом совершает два вида движения:
поступательное в направлении подачи и вращатель-
ное. Обработка на радиально-обжимных машинах
(РОМ) позволяет достигать больших степеней дефор-
мации без разрушения, например, инструментальные
стали типа У10, Р18 можно деформировать при ком-
натной температуре со степенями обжатия 30…40 %.
Точность изготовления поковок определяется каче-
ством наладки РОМ и ее жесткостью. По сравнению с
ротационно-ковочными машинами (РКМ) РОМ име-
ют большую стойкость деталей узла механизма обжа-
тия и, как правило, используются для деформации бо-
лее крупных заготовок.
В РКМ, в отличие от РОМ, узел, несущий
инструмент или приводящий инструмент в дей-
ствие, вращается вокруг обрабатываемой заготовки.
Разработаны различные схемы механизмов ротаци-
онной ковки в зависимости от характера движения
инструмента (бойков и штампов) и конструктивных
особенностей его привода. С точки зрения интен-
сивности ведения процесса, допускаемой степени
обжатия и производительности радиальное обжатие
не уступает, а зачастую и превосходит другие мето-
ды обработки металлов давлением, в частности, при
получении прутков.
Волочение обычно применяют на последних эта-
пах получения прутков из гафния поскольку этот ме-
тод при наличии качественного инструмента, пра-
вильно подобранных режимах и смазке обеспечива-
ет хорошее качество поверхности прутков и
точность изготовления. В то же время, он ограничен
тем, что при 200С возможное обжатие между рекри-
сталлизационными отжигами не превышает 20…
30%.
Ручьевую (желобчатую) прокатку проводят при
температуре 950...1000оС. Схема деформации построе-
на таким образом, что после каждого прохода, за ис-
ключением последнего, пруток выходит овальным.
Прокатка в ручьевых валках, на обжимных ста-
нах, а также волочение позволяют получить калиб-
рованные прутки с хорошим качеством поверхности,
но при этом образуется неоднородная по сечению
прутка структура. То же может происходить и в слу-
чае производства прутков на ротационно-ковочных
машинах.
Обычно на разных стадиях деформирования
прутков используют различные способы деформа-
ции. Согласно литературным данным [1,5-7] наи-
большее распространение получили следующие схе-
мы: свободная ковка + прокатка (для получения пла-
стин); свободная ковка или радиальное обжатие +
волочение; свободная ковка + ротационная ковка;
прессование (экструзия) + волочение.
В настоящей работе опробованы радиальное об-
жатие на РОМ и РКМ, свободная ковка, прессование
и волочение как в отдельности, так и в различном
сочетании.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКИ
ИССЛЕДОВАНИЯ
В качестве материала для получения прутков ис-
пользовали слитки гафния ГФЭ-1 двойного элек-
тронно-лучевого переплава производства ГНПП
"Цирконий", г. Днепродзержинск. Химический со-
став слитков соответствовал ТУ У 14312708.183-95.
Диаметр деформируемых слитков составлял 80±
2 мм, высота 300±10 мм. Размер зерна в слитках
неоднороден по высоте и сечению и колеблется от 1
до 15 мм.. Механические свойства слитков при ком-
натной и повышенных температурах представлены в
таблице.
СВОБОДНАЯ КОВКА
Свободную ковку исходного слитка осуществля-
ли на пневматическом кузнечном молоте модели М-
415А, типа ПМ-400 с весом падающей части 400 кГ,
энергией удара 950 кГ , числом ударов в минуту -
130, в диапазоне температур 900…1100оС в началь-
ный период, а затем и при более низких температу-
рах, вплоть до 150...200оС. Степень обжатия за пере-
ход составляла 10...35%.
ПРЕССОВАНИЕ (ЭКСТРУЗИЯ) ПРУТКОВ
Для определения параметров прессования исход-
ного слитка, обладающего структурой литья, и ко-
ванного на прессе по схеме «квадрат - многогран-
ник», с частично разрушенной структурой литья,
прессовали заготовки малого диаметра (30...37 мм) в
защитных оболочках из малоуглеродистой стали на
вертикальном прессе модели Д 2434 А, усилием
260 т.с. Температура прессования составляла 900…
1150оС.
Прессование большого слитка осуществляли на
опытном заводе ГТИ, г. Днепропетровск, сначала на
горизонтальном прессе мощностью 16 МН., а затем
на горизонтальном прессе меньшей мощности
(5 МН). В качестве защитного покрытия и смазки
использовали стеклосмазку, которую впоследствии
удаляли в щелочном расплаве.
РАДИАЛЬНОЕ ОБЖАТИЕ
Радиальное обжатие проводили на модернизиро-
ванной четырехбойковой РОМ типа В004, усилием
10 МН в диапазоне температур 850...1150оС и степе-
ней обжатия 10...40%.. Максимальный ход бойка
15 мм.
Число обжатий в минуту - 200...450. Мощность
электродвигателя привода бойков - 30 кВА. Мощ-
ность нагревательного устройства 15 кВА. Диаметр
заготовки не более 90 мм.
Механические свойства слитков гафния при комнатной и повышенных температурах
Характеристики / Тисп,оС 20 950 1130 1150
Условный предел текучести, σ0,2, МПа 245
(200-290)
450
(430-470)
290 270
Предел прочности, σВ, МПа 250
(200-300)
480
(430-530)
370 330
Относительное удлинение, δ, % 1,5
(0,5-2,5)
30
(25-35)
33,5 32
РОТАЦИОННАЯ КОВКА
Ротационную ковку осуществляли на серийных
ротационно-обжимных машинах типа В-2122 шпин-
дельного типа с постоянной степенью обжатия, ис-
пользуя механизм обжатия с цилиндрическими ро-
ликами. Количество роликов - 12. Число оборотов
шпинделя -550 об/мин. Скорость подачи заготовки
-2,5 м/мин. Мощность электродвигателя привода –
3 кВА. Машины оборудованы нагревательным
устройством, расположенным впереди рабочей го-
ловки. Мощность нагревательного устройства-до 5
кВА.
Диаметры исходных заготовок составляли 19,5 и
14 мм. При горячей ковке длина заготовок ограни-
чивалась возможностями нагревательного оборудо-
вания.
Деформацию проводили в интервале температур
20...980оС с промежуточными отжигами и подогре-
вами в течение 30...90 мин. Для снижения усилия,
расходуемого на преодоление трения пары заготов-
ка-инструмент, на поверхность прутка наносили гра-
фитовую смазку.
С целью гарантированного исключения влияния
примесей, в первую очередь кислорода и азота, в по-
рядке эксперимента, один пруток диаметром 19,5 мм
протачивали до диаметра 14,5 мм, отжигали 800оС х
1,5 ч. в вакууме, химическим травлением удаляли
слой глубиной 0,1 мм и подвергали ротационому об-
жатию при комнатной температуре с промежуточ-
ными отжигами после обжатия 30 %.
ВОЛОЧЕНИЕ
Прутки диаметром 8...10 мм подвергали волоче-
нию при комнатной температуре с использованием
графитовой смазки на лабораторной цепной воло-
чильной машине усилием 1000 кг, укомплектован-
ной генератором ВЧИ-10 для индукционного нагре-
ва и отжига прутков. Потребляемая мощность –
22 кВА.
Перед волочением для снятия наклепа прутки
пропускали через индуктор, нагревая их до темпера-
туры 350...1200оС.
При волочении степень относительного обжатия
за проход не превышала 10%, а суммарное обжатие
между отжигами достигало 30%.
При всех видах деформации после каждого пере-
хода деформируемые заготовки очищали от поверх-
ностного загрязнения и окислов, протравливали и
проводили визуальный контроль состояния прутков.
Треснувшие концы прутков обрубывали, обнаружен-
ные на поверхности трещины зашлифовывали.
НАГРЕВ И ОТЖИГ
Нагрев металла при деформации проводили на
воздухе в печах электросопротивления типа СНОЛ и
СУОЛ с температурой нагрева до 1300оС, а также в
индукторе. Исходные слитки нагревали до
850...1200оС, время нагрева - 40...60 мин. Промежу-
точные подогревы проводили до установленной тем-
пературы деформации в течение 20...30 мин, в зави-
симости от диаметра прутка. Рекристаллизационные
отжиги проводили при 800…950оС в течение 1…3 ч.
Температуру контролировали с помощью термопар
«хромель-алюмель» и переносного пирометра типа
ОПИР-2М. После термообработки поверхность
прутков очищали от оксидной пленки механическим
путем и травлением.
Отжиг прутков и образцов для механических ис-
пытаний проводили в вакууме (1...3)·10-5 торр при
температуре 800…950оС в течение 1...3 ч, и 620оС х
0,5 ч.
МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
В процессе получения прутков заготовки подвер-
гали нескольким видам механической обработки: то-
карная, фрезерование, электроэрозионная резка, пес-
коструение, шлифование:
а) токарная обработка. Глубина резания со-
ставляла 0,15 мм, а на последних проходах -
0,07...0,08 мм. Скорость подачи равнялась
0,1...0,25 мм/об. На деформированных прутках полу-
чали довольно качественную поверхность, в то вре-
мя как при проточке слитков имели место трещины
в отдельных, благоприятно ориентированных зер-
нах, а также двойники. Точением получали заготов-
ки для предварительных исследований, заготовки
(слитки) под деформацию и образцы для механиче-
ских испытаний;
б) резка слитка. Разрезание слитка на цилиндри-
ческие заготовки и сегменты осуществляли дисковы-
ми фрезами на фрезерном станке с применением
охлаждающей эмульсии, глубина резания достигала
0,5 мм. Следует отметить довольно быстрый износ
дисковых фрез в результате истирания и налипания
гафния. От использования прорезиненных абразив-
ных кругов отказались ввиду повышенной пожароо-
пасности;
в) электроэрозионная резка. Во избежание на-
клепа на большую глубину при приготовлении об-
разцов для металлографических исследований при-
меняли электроэрозионную резку в керосине на
электроэрозионном станке модели 4531П. Образцы
после резки промывали, шлифовали, а затем подвер-
гали химической полировке;
г) шлифование. На завершающей стадии изго-
товления перед химико-термической обработкой
прутки гафния шлифовали на бесцентрово-шлифо-
вальном станке модели 3Г182.
РИХТОВАНИЕ ПРУТКОВ
Правку прутков диаметром 32 мм осуществляли
на кулачковом прессе.
Рихтование прутков гафния диаметром 8...10 мм
и длиной ≥ 320 мм проводили по принципу «гиб с
перегибом» на установке рихтовки прутков
конструкции ХФТИ, а также на косовалковом стане.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
КОВКА
Исследование влияния режимов деформации на
деформируемость слитков гафния как при свобод-
ной ковке, так и при радиальном обжатии показало,
что деформация на 15...20% при температуре 850оС
приводит к образованию радиальных трещин в теле
прутков и продольных трещин на концах заготовки.
При такой же степени обжатия в случае радиального
обжатия при 930оС, а в случае свободной ковки при
1000оС, имело место лишь более слабое растрески-
вание на концах прутков, которое обнаруживали с
помощью цветной или ультразвуковой дефектоско-
пии, а в некоторых случаях и визуально. От исполь-
зования чехлов, солевых ванн и стеклосмазки отка-
зались по разным причинам. Применение графито-
вой смазки в должной мере не обеспечивало защиту
от окисления. Поэтому важно было правильно вы-
брать начальную температуру деформации.
Следует отметить, что при ковке, в отличии от
других методов, образование окалины на поверхно-
сти прутков при правильно выбранных режимах не
очень сильно влияет на качество поверхности. Это
связано с тем, что в процессе обжатия по поверхно-
сти заготовки с большой частотой наносятся удары
бойками, вследствие чего окалина удаляется. Другой
особенностью горячего обжатия по сравнению с об-
работкой на прессах и молотах является то, что тем-
пература нагрева относительно короткой (400…
600 мм) уже деформированной заготовки может
быть снижена, так как весьма большая скорость и
частота обжатий позволяют более продолжительное
время сохранить тепло, что особенно важно при об-
работке концевых участков.
По результатам первых экспериментов были вы-
браны приведенные ниже условия деформации.
Заготовки диаметром 81,2 мм и длиной 100 мм
нагревали в муфельной печи до 950...1030оС, выдер-
живали при достигнутой температуре 20 мин и под-
вергали деформации на РОМ с промежуточными
подогревами до заданной температуры после каждо-
го прохода. Вначале заготовки деформировали с ма-
лыми обжатиями по сечению (до 15%) с целью раз-
рушения структуры литья и во избежание образова-
ния и развития глубоких трещин. Во втором перехо-
де степень относительного обжатия увеличивали до
25%, а на третьем переходе обжатие составило 35%.
Начиная с четвертого перехода и до получения прут-
ков диаметром 20 мм. cтепень относительного обжа-
тия за переход поддерживалась на уровне 40%. По
достижению диаметров 40 и 20 мм прутки разреза-
лись пополам. Далее деформацию проводили по
нескольким технологическим схемам:
- деформация слитка на РОМ и получение прут-
ков ∅ 20,0 и 9,5 мм., Тдеф.= 850-1050оС (рис.1. Вари-
ант 1);
- ковка прутков на РКМ с ∅ 20 мм до 8,5 мм при
понижающейся с 950оС до 500±50оС температуре
деформации (рис. 1. Вариант 11);
- ротационная ковка прутков до ∅8,5 мм при
Ткомн.. (рис 1. Вариант 111);
- свободная ковка слитков и прутков ∅ 20 мм до
9 мм при понижающейся с 980оС до 150 ± 50оС тем-
пературе деформации (рис. 2);
-двойное прессование слитка в пруток
∅ 9 мм, Тдеф.= 1000-1150оС (рис. 3).
-ковки прутков из гафния марки ГФЭ-1 по отра-
ботанному техпроцессу (рис. 4).
В результате ковкой на РОМ получены прутки
диаметром 9 и 20 мм, причем последние составляли
большинство, так как из-за довольно сильно разви-
той поверхности они больше подходили в качестве
заготовок под дальнейший передел другими метода-
ми.
Горячей и теплой деформацией на РКМ, начиная
с диаметров 20 и 14,5 мм, получены прутки диамет-
ром 8,5…9,0 мм.
Методом свободной ковки исходного слитка и
прутка диаметром 19,5 мм изготовлены прутки диа-
метром 9...9,5 мм, причем при диаметре менее 20 мм
начальная температура деформации составляла 950±
30оС, а конечная - 200...500оС. Обжатие за переход
составляло 20...35%. Отжиг или подогрев до требуе-
мой температуры проводили через 50...70% суммар-
ной деформации. Продеформированную до полови-
ны длины заготовку перехватывали и разворачива-
ли, после чего проковывали ее до такого же диамет-
ра.
Из кованых прутков наиболее удовлетворитель-
ным качеством поверхности обладали прутки, полу-
ченные на РКМ при пониженных температурах.
Несколько грубее поверхность и выше неоднород-
ность по сечению прутков, полученных свободной
ковкой. Изготовленные на РОМ при высоких темпе-
ратурах прутки обладали наиболее развитой поверх-
ностью, имели складки и заковы глубиной до 1…1,5
мм, вероятно из-за слишком высокой выбранной
степени обжатия за переход. За исключением
нескольких трещин на концах отдельных прутков,
образовавшихся видимо из-за недостаточно прора-
ботанной на первом этапе технологии, изготовлен-
ные прутки трещин не имели. Расходный коэффици-
ент металла составил в среднем 1,45 при радиаль-
ном обжатии и 1,35 при свободной ковке.
ПРЕССОВАНИЕ (ЭКСТРУЗИЯ) ПРУТКОВ
Вначале с помощью механических испытаний
«на растяжение» при повышенных температурах
(950...1150оС) был оценен уровень технологической
пластичности металла. Из результатов испытаний,
приведенных в таблице видно, что при 1100...1150оС
этот уровень достаточно высок. Деформацию за-
водского слитка проводили с учетом результатов
прессования заготовок малого диаметра и механиче-
ских испытаний. Начальную температуру прессова-
ния решено было повысить до 1150оС с целью сни-
жения усилия деформации. Основные этапы техно-
логической схемы: подготовка поверхности; нанесе-
ние защитных покрытий; поэтапное прессование с
контролем температуры; химическая обработка; тер-
мическая обработка; контроль качества на переделах
и готового прутка. После механической обработки
слиток разрезали на две части длиной 150 и 130 мм.
На каждом переделе для оценки качества от слитка и
прутка отрезали темплеты. Нагретый до выбранной
температуры деформации слиток прессовали в пру-
ток диаметром 32 мм. После охлаждения с поверх-
ности прутков удаляли стеклосмазку, прутки прави-
ли на кулачковом прессе и проводили их контроль.
Визуальный контроль поверхности выдавленных
на ∅ 32 мм прутков показал, что хотя на поверхно-
сти имеются дефекты характерные для данного вида
деформации - складки, рябизна, однако их не-
большая глубина и характер расположения позволя-
ют проводить дальнейшее прессование без механи-
ческой обработки прутков. При изучении микро-
структуры передельных прутков установлено, что на
некоторых участках шлифа встречается неполно-
стью рекристаллизованная структура, тем не менее
дальнейшая горячая деформация на ∅ 9 мм возмож-
на без промежуточного отжига. Поверхность 9 мм
прутков вполне удовлетворительная; глубоких де-
фектов, задиров, трещин не обнаружено. Расходный
коэффициент металла, который в дальнейшем может
быть снижен, составил 1,93. Для оценки качества и
технологичности металла прутков от них отрезали
темплеты и проводили исследования по уточнению
температуры дальнейшего прессования.
Второе прессование (экструзию) прутков до диа-
метра 9 мм осуществляли при температуре
1000...1050оС без промежуточной термообработки.
Для этого прутки резали на заготовки длиной
130...150 мм. После прессования и химической обра-
ботки прутки диаметром 9 мм подвергали правке на
косовалковом стане и контролю. Поверхность прут-
ков удовлетворительная, глубоких дефектов, трещин
не обнаружено. Затем прутки механической обра-
боткой довели до требуемого диаметра 8,65 мм и
подвергли термообработке в вакууме (620оС х
30 мин).
Разработанная технологическая схема прессова-
ния прутков из гафния не является окончательной. В
дальнейшем она может быть усовершенствована и
дополнена другими видами деформации, такими как
холодная прокатка, волочение, косовалковая прокат-
ка и др., с целью улучшения комплекса свойств ме-
талла и его эксплуатационных характеристик. Кроме
того, представляет интерес дальнейшее изучение
влияния режимов термообработки на физико-меха-
нические свойства готовой продукции.
Таким образом, разными методами получены
прутки диаметром 9±1 мм. Такие размеры обуслов-
лены тем, что дальнейшую деформацию до нужных
размеров проводили методом волочения, как обеспе-
чивающим, согласно литературным данным, одно-
родность по диаметру и более высокое качество по-
верхности.
ВОЛОЧЕНИЕ ПРУТКОВ
После первого цикла протягивания прутков их
отжигали в индукторе при 1000оС в течение несколь-
ких минут. Последующая деформация проводилась
без отжигов. На всех переходах усилие волочения не
было стабильным и составляло от 1000 кГ на первом
переходе до менее 600 кГ на последнем переходе.
Структура неоднородная по сечению: в приповерх-
ностных слоях размер зерен составляет 10...15 мкм,
затем, по мере приближения к центру, он возрастает
и в осевой части прутка составляет 40...50 мкм,
причем в зернах имеются двойники.
ВЫБОР БАЗОВЫХ СХЕМ
Исходя из полученных результатов для дальней-
шей разработки были выбраны две альтернативные
технологические схемы изготовления прутков из
гафния марки ГФЭ-1. Это радиальное обжатие
(РОМ + РКМ) с понижающейся вплоть до комнат-
ной температурой деформации и двойное горячее
прессование, по которым после их корректировки
были получены прутки из гафния ГФЭ-1 ∅7,1 и 8,5
мм, соответственно, отличающиеся структурой, ме-
ханическими свойствами и текстурой [8-10]. Для
окончательного выбора в пользу той или иной схе-
мы, кроме учета технико-экономических показа-
телей и качества прутков необходимо провести их
реакторное испытание, в результате которого можно
будет определить какие прутки обладают наиболее
благоприятными для эксплуатации в ЯР характери-
стиками и, соответственно, схему, обеспечивающую
получение прутков с нужными физико-механи-
ческими свойствами.
При дальнейшем совершенствовании технологи-
ческих процессов предусматривается уточнить на-
значенные режимы, в том числе скорость подачи и
вращения заготовки в процессе обжатия, скорость
обратного хода, температуру и степень суммарного
обжатия для каждого цикла деформации, частоту
подогрева заготовки и температуру отжигов. Основ-
ными критериями при этом являются качество по-
верхности и сплошность прутков, их структура, тек-
стура, механические свойства, радиационная и кор-
розионная стойкость.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате выполненных работ:
- определены базовые технологические парамет-
ры деформации промышленных слитков гафния;
- разработана и изготовлена оснастка для получе-
ния прутков из гафния разными методами (прессова-
ние, ковка, волочение);
- разработаны технологические схемы получения
прутков из промышленных слитков гафния метода-
ми одинарного и двойного прессования (ГТИ, г.
Днепропетровск) ковки, радиального обжатия и во-
лочения (НТК "ЯТЦ" ННЦ" ХФТИ", ГП «Рубин», г.
Харьков);
- изготовлены экспериментальные образцы прут-
ков из гафния ГФЭ-1;
- на основании результатов предварительных ис-
следований прутков предложены альтернативные
схемы изготовления прутков для последующей отра-
ботки и освоения;
- показано, что:
а) в случае радиального обжатия образуется мень-
шее количество отходов, но может иметь место
неоднородность структуры по сечению прутка;
б) в случае прессования структура более однородная
и мелкозернистая, но при этом возрастают потери
металла.
- намечены направления дальнейших исследова-
ний, проведение которых позволит определиться в
выборе основной технологической схемы изготовле-
ния прутков из гафния ГФЭ-1 для ПС СУЗ.
ЛИТЕРАТУРА
1. В.Д. Рисованный, Е.П. Клочков, В.Б. Понома-
ренко. Гафний в ядерной технике. Димитров-
град: НИИАР, 1993, с. 143.
2. IAEA Technical Committee Meeting on «Control
Assembly Materials for Water Reactors:
Experience, Performance and Perspectives».
Vienna, Austria, 12 th …15th October, 1998.
3. Proceeding of a Technical Committee Meeting held
in Vienna, 29 Novtmber… 2 December, 1993)
IAEA, Vienna, 1995, (IAEA TECDOC-813)
4. Ю.Ф. Конотоп, Н.П. Одейчук, В.С. Красноруц-
кий. Современное состояние проблемы погло-
щающих нейтроны материалов и изделий на их
основе для реакторов типа ВВЭР-1000. Анали-
тический обзор. – Харьков, ННЦ ХФТИ, 1998,
68 с.
5. В.Е. Peй. Производство регулирующих
стержней для ядерных реакторов. М.: Атомиз-
дат, 1965, с.278.
6. Металлургия гафния. Под ред. Д.Е. Томаca и
Е.Т.Хейсa. М.: Металлургия, 1967, с.308.
7. О.В. Бочаров. Электронно-лучевая плавка и об-
работка давлением гафния. Обзор. М.: ЦНИИ
атоминформ, 1983.
8. В.С. Вахрушева, Н.В. Ярошенко. Влияние тех-
нологических параметров производства на
структурообразование и свойства прутков из
гафния //ВАНТ. Тр. конф. Проблемы циркония и
гафния в атомной энергетике. Алушта, Крым,
14-19 июня 1999, с. 64
9. Н.М. Роенко, Г.И. Волокита, Э.А. Резниченко и
др. Эволюция текстуры гафниевых прутков в
процессе деформации //ВАНТ. Тр. конф.
Проблемы циркония и гафния в атомной энерге-
тике. Алушта, Крым, 14-19 июня 1999, с. 62
10. Г.И. Волокита, Э.А. Резниченко, В.П. Чернуха.
Свойства гафниевых прутков, полученных мето-
дом ковки. //ВАНТ. Тр. конф. Проблемы цирко-
ния и гафния в атомной энергетике. Алушта,
Крым, 14-19 июня 1999, с. 61.
УДК 621.039
НТК «ЯТЦ» ННЦ ХФТИ, г.Харьков; * ГП «Рубин», г.Харьков; **ГТИ, г.Днепропетровск
ВВЕДЕНИЕ
Свободная ковка
Прессование (экструзия) прутков
Радиальное обжатие
Ротационная ковка
Волочение
Нагрев и отжиг
Механическая обработка
Рихтование прутков
Ковка
Волочение прутков
ВЫБОР БАЗОВЫХ СХЕМ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-78233 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-29T11:41:08Z |
| publishDate | 2000 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Волокита, Г.И. Красноруцкий, В.С. Резниченко, Э.А. Черный, Б.П. Зейдлиц, М.П. Вахрушева, В.С. 2015-03-13T06:30:38Z 2015-03-13T06:30:38Z 2000 Разработка опытной технологии изготовления прутков из гафния для ПЭЛов / Г.И. Волокита, В.С. Красноруцкий, Э.А. Резниченко, Б.П. Черный, М.П. Зейдлиц, В.С. Вахрушева // Вопросы атомной науки и техники. — 2000. — № 5. — С. 62-69. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78233 621.039 Разработаны и опробованы различные схемы ковки и прессования гафниевых прутков. Полученные прутки отличаются структурой, механическими свойствами и текстурой. Исходя из полученных результатов, для дальнейшей разработки были выбраны две альтернативные технологические схемы изготовления прутков из гафния марки ГФЭ-1. По выбранным схемам после их доработки были получены опытные партии прутков, удовлетворяющие предъявляемым к ним техническим требованиям. Определены направления дальнейших исследований и разработок. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика и технология конструкционных материалов Разработка опытной технологии изготовления прутков из гафния для ПЭЛов Article published earlier |
| spellingShingle | Разработка опытной технологии изготовления прутков из гафния для ПЭЛов Волокита, Г.И. Красноруцкий, В.С. Резниченко, Э.А. Черный, Б.П. Зейдлиц, М.П. Вахрушева, В.С. Физика и технология конструкционных материалов |
| title | Разработка опытной технологии изготовления прутков из гафния для ПЭЛов |
| title_full | Разработка опытной технологии изготовления прутков из гафния для ПЭЛов |
| title_fullStr | Разработка опытной технологии изготовления прутков из гафния для ПЭЛов |
| title_full_unstemmed | Разработка опытной технологии изготовления прутков из гафния для ПЭЛов |
| title_short | Разработка опытной технологии изготовления прутков из гафния для ПЭЛов |
| title_sort | разработка опытной технологии изготовления прутков из гафния для пэлов |
| topic | Физика и технология конструкционных материалов |
| topic_facet | Физика и технология конструкционных материалов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78233 |
| work_keys_str_mv | AT volokitagi razrabotkaopytnoitehnologiiizgotovleniâprutkovizgafniâdlâpélov AT krasnoruckiivs razrabotkaopytnoitehnologiiizgotovleniâprutkovizgafniâdlâpélov AT rezničenkoéa razrabotkaopytnoitehnologiiizgotovleniâprutkovizgafniâdlâpélov AT černyibp razrabotkaopytnoitehnologiiizgotovleniâprutkovizgafniâdlâpélov AT zeidlicmp razrabotkaopytnoitehnologiiizgotovleniâprutkovizgafniâdlâpélov AT vahruševavs razrabotkaopytnoitehnologiiizgotovleniâprutkovizgafniâdlâpélov |