При проектировании современных машин и аппаратов приходится учитывать влияние таких факторов, с которыми в традиционной конструкторской деятельности прежде сталкиваться не приходилось. Это касается, в первую очередь, элементов энергетических ядерных реакторов и исследовательских установок, работающих в подобных условиях.
Было замечено, что радиационное облучение коренным образом изменяет деформационные и прочностные свойства конструкционных материалов, о чем можно судить по изменению кривой деформирования одной из марок аустенитной стали, показанное на рис. 1.22. Очевидно упрочняющее (в смысле повышения предела текучести и временного сопротивления) и охрупчивающее воздействие этого фактора. Обращает на себя внимание сближение упомянутых характеристик прочности, в результате чего возрастает опасность хрупкого разрушения. Аналогичный эффект наблюдается также при понижении температуры и повышении скорости нагружения, о чем говорилось ранее.
Накопленную во время облучения дозу характеризуют величиной интегрального потока или флюенсом, измеряемым количеством нейтронов, прошедших через 1 квадратный сантиметр поверхности. Насколько изменяются характеристики прочности и пластичности хромоникелевой и углеродистой сталей с увеличением дозы облучения можно судить по данным табл. 1.3.
Таблица 1.3 - Изменение характеристик прочности и пластичности хромоникелевой и углеродистой сталей с увеличением дозы облучения
| Материал | Флюенс, 
| s В, МПа | s 0,2, МПа | d, % |
| 1Х18Н9Т | –– 1,4×1018 1,0×1020 | |||
| Углеродистая сталь | –– 1,4×1018 3,0×1020 |
Обратите внимание поначалу на рост характеристик прочности стали 1Х18Н9Т, а затем, при увеличении интегрального потока на два порядка, катастрофическое разупрочнение, хотя и в этих условиях ее пластичность остается вполне приемлемой. Изменение механических свойств углеродистой стали при этом монотонно с практически полной утратой пластичности.
Охрупчивание конструкционных материалов отчетливо проявляется также в результате их контакта с жидкометаллической средой. Такого рода воздействие определяется эффектом П.А. Ребиндера (1928 г.), связанного с адсорбционным понижением прочности: атомы расплава проникают в поверхностные дефекты, играющие роль зародышей трещин; смачивание жидким металлом, в свою очередь, снижает энергию поверхностного натяжения и, в итоге, прочность детали.
Особенно активныв этом отношении легкоплавкие металлы и их эвтектические сплавы, которые применяются в качестве теплоносителя первого контура энергетических реакторов. На рис. 1.23а показано изменение предела прочности в связи с твердостью образцов из низколегированной углеродистой стали 40ХНМА на воздухе и в расплаве лития; как видно, при твердости выше28 HRC (примерно 270 единиц по шкале Бринелля) эти зависимости становятся качественно различными, причем в расплаве лития разупрочнение стали приобретает катастрофический характер.
 |
Рис. 1.23б демонстрирует кардинальное изменение диаграммы деформирования жаропрочного никелевого сплава ХН77ТЮ (диски, кольца, лопатки и другие детали, работающие до температуры 750 °С), и в обычных условиях обладающего невысокой пластичностью, в расплавах легкоплавких металлов и их эвтектиках (для наглядности начало этих кривых смещено по оси деформации). Налицо существенное снижение как прочности, так и пластичности сплава; можно сказать, что подобные диаграммы свойственны скорее таким типично хрупким материалам, как чугуны.
Что касается методов борьбы с этим явлением, то их подсказывает сам механизм реализации эффекта Ребиндера: нанесение защитных покрытий из малочувствительных к его проявлению композиций – на основе меди, никеля, серебра, в условиях повышенных температур – никеля, молибдена.