Streszczenie: Celem przeprowadzonych badań była analiza zjawiska mikroplastyczności w stopie cyrkonu z niobem Zr-2.5Nb po cyklach cieplnych. Stop ten podobnie jak stopy z rodziny Zircaloy stosowany jest na koszulki paliwowe oraz rury ciśnieniowe w reaktorach jądrowych. Próbkę z badanego stopu poddano eksperymentowi polegającemu na cyklicznym wygrzewaniu i chłodzeniu próbki w piecu elektrycznym pod stałym niskim obciążeniem. Liczba cykli cieplnych wynosiła 100, temperatura cyklu Tc = 70–370°C oraz obciążenie równe naprężeniu σ = 23,74 MPa. Analiza rentgenowska wykazała w próbce w stanie surowym obecność cyrkonu αZr (sieć heksagonalna, 03-065-3366) oraz w próbce po eksperymentach dodatkowo stwierdzono obecność dwutlenku cyrkonu ZrO2 (sieć jednoskośna, 01-078-0047). Warstewka tlenku na powierzchni próbki była cieńsza od 3 μm. Zmiana parametrów komórki elementarnej αZr wynosiła Δa = -0,00245Å oraz Δc = - 0,00383 Å. Zmniejszenie się komórki elementarnej może być wyjaśnione dyfuzją niobu z roztworu stałego Zr(Nb), co prowadzi do wzrostu gęstości wakancji w sieci krystalicznej. Makronaprężenia własne dla próbki po cyklach cieplnych w kierunku osi głównej próbki były rozciągające σx = 110 MPa, a w kierunku prostopadłym do osi próbki – ściskające σy = -156 MPa i zostały zrelaksowane w porównaniu ze stanem wyjściowym. Analiza procesu pełzania wykazała logarytmiczno-normalną zależność pomiędzy odkształceniem plastycznym próbki εpl a czasem t dla temperatury próbki Tp = 70oC. Wydłużenie plastyczne próbki po 100 cyklach cieplnych wynosiło ΔL = 143,49 µm i odpowiadające mu odkształcenie plastyczne εpl = 5,50 ·10-3.
Abstract: The paper presents results of the analysis of micro-plasticity phenomenon observed in zirconium with niobium alloy
Zr-2.5Nb after thermal cycles under low, constant load. This alloy, similarly as Zircaloys, is used as based material for pressure tubes in nuclear reactors and for uranium fuel shields [1]. The sample made of examined alloy has been subjected to cycling heating and cooling in programmable electrical furnace with 100 cycles with the cycle’s temperature range Tc = 70°C-370°C under low, constant tensile load equal to stress Ϭ = 23,74 MPa . X-ray diffraction analysis showed that the reference sample consisted of zirco-nium αZr (hexagonal, 03-065-3366) and the sample after the experiments contained additionally zirconium dioxide ZrO2 (monoclinic, 01-078-0047). The oxide layer on the surface was thinner than 3 μm. The change of αZr unit cell parameters was Δa = -0.00245Å and Δc = - 0.00383 Å . The compression of unit cell can be explained by diffusion of niobium atoms from solid solution Zr(Nb) that leads to increased vacancy density in crystal lattice. Residual stresses in sample after the thermal cycles in the main sample’s axis were tensile σx = 110 MPa, while in the perpendicular direction were compressive σy= -156 MPa and both were partially decreased. The creep analysis showed that the relationship between sample plastic deformation (εpl) and time (t) can be described by log-normal function. The total sample elongation after 100 cycles was ΔL = 143.49 µm and plastic deformation
εpl = 5,50 • 10-3.
B I B L I O G R A F I A1. Skrzypek S.J., Przybyłowicz K.: Inżynieria metali i stopów. Wydawnictwo Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica, Kraków 2012.
2. Rodhenkov B.S., Semenov A.N.: High temperature mechanical behaviour of Zr-2.5% Nb Alloy: 17th International Conference on Structural Mechanism in Reactor Technology (SMiRT 17), Prague (Czech Rep.) 17–22.08 2003 r., p.1–5.
3. Skrzypek S.J., Bolanowski K., Nawojowski K., Eadie R.L: Microplasticity in Zr-2.5Nb alloy during thermal cycles. 54th International Conference on Experimental Stress Analysis 2016 (EAN 2016), Srni [Czech Rep.] 30.05-02.06.2016 r., p.376.
4. Skrzypek S.J., Baczmański A., Ratuszek W., Kusior E.: New approach to stress analysis based on grazing-incidence X-ray diffraction. „Journal of Applied Crystallography” 2001, 34, p. 427–435.
5. Skrzypek S.J., Goły M., Kowalska J., Chruściel K., Solay M., Garcia E.: Thickness of polycrystalline copper coating measured by X-ray diffraction. „Solid State Phenomena” 2010, vol. 163, p. 9–12.
6. Lin G., Skrzypek S.J., Li D., Eadie R.L.: Monitiring Crack Advance Using Acoustic Emission and Combined Acoustic and Potential Drop in Zr-2.5%Nb. „Journal of Testing and Evaluation” (JTEVA), 1998, vol. 26, No. 1, p.15–25. 
YADDA/CEON