Оценка трещиностойкости тонких оксидных слоев на оболочках твэлов по измерениям акустической эмиссии
Цель: определить характеристики трещиностойкости оксидных слоев, позволяющие сравнивать сопротивление разрушению слоев разных составов и толщин.
Задачи:
а) анализ механизма и кинетики растрескивания слоев:
б) определение значений напряжений и деформации, соответствующих различным стадиям разрушения слоев.
Образцы и методика испытаний.
В испытаниях использовались образцы труб оболочек твэлов из циркониевых сплавов ЭНО и Э635 диаметром 9.13 мм и длиной 60 мм с оксидными слоями разной толщины: 1,7; 2,4; 6,1; 6,7; 8,3 мкм. Оксидные слои создавались на поверхности образцов при автоклавных испытаниях в воде и паре при температурах 350...500 °C в течение 200...300 сут.
Схема нагружения образцов.
Образцы деформировали статическим изгибом в специально разработанном устройстве со скоростью нагружения 2 мм/мин. Время испытания 60 с. Нагружающее устройство для деформации образцов включает в себя универсальные захваты трубчатых образцов, переходные устройства для сопряжения нагружающего устройства с испытательной машиной типа Instron. При испытании записывались диаграмма деформации образца и АЭ- диаграмма. Детектирование АЭ от трещин в покрытии осуществлялось пьезопреобразователем, прижатым к трубчатому образцу.
Результаты испытаний.
При нагружении образцов в оксидной пленке образуются трещины. Вскрытие трещин сопровождалось акустическими импульсами. Типичная АЭ-диаграмма в координатах «пиковая амплитуда - время нагружения образца» показана на рис. 21. а и б.
Размер образующихся трещин определялся по амплитуде импульсов АЭ. Зависимость пиковых амплитуд АЭ (Vp) от толщины слоя (рис. 21, в) показала, что трещиностойкость оксида при увеличении его толщины падает из-за увеличения его дефектности. При фрактографическом анализе выделяются нескольких характерных типов дефектов в оксидной пленке: внутренние единичные трещины отслаивания на границе «металл - оксид», небольшие группы сквозных поперечных трещин для слоев средней толщины (6 мкм), сетки трещин в «толстых» (8 мкм) оксидных слоях. Таким образом, измерения АЭ длительностью 30...60 с позволили непосредственно оценить дефектность оксидной пленки разной толщины и прочность связи оксидной пленки с основным металлом оболочки.
Это дало возможность по измерениям АЭ на небольшом количестве образцов классифицировать сплавы по предрасположенности их оксидных пленок к растрескиванию. Такая оценка является важной характеристикой металла в изделии, так как свойства оксидной пленки в большой степени определяют коррозионную стойкость элементов из циркониевых сплавов при работе в реакторе.
Рис. 21. АЭ-диаграмма при разрушении оксидных слоев разной толщины: а - 2,4 мкм; б - 1,7 мкм; в - калибровочная зависимость пиковой амплитуды ФЭ (Vp) от толщины оксидного слоя (пленки) h
