Kon Luento 12 -Säteilyhaurastuminen -Mikrorakenteen vaikutus murtumiseen -Yhteenveto -CASE: Murtumismekanismien yhteisvaikutukset

Transkriptio

1 Kon Luento 12 -Säteilyhaurastuminen -Mikrorakenteen vaikutus murtumiseen -Yhteenveto -CASE: Murtumismekanismien yhteisvaikutukset

2 Säteilyhaurastuminen

3 Reaktoripaineastia ja sisukset 12/3/2015 3

4 Irradiation effects on materials

5 12/3/2015 5

6

7

8 Hätäjäähdytystilanne 12/3/2015 8

9 12/3/2015 9

10 12/3/

11 12/3/

12 12/3/

13 Irradiation assisted stress corrosion cracking (IASCC) in BWR/PWR systems Irradiation fluence for observed IASCC damage is lower in BWR than PWR environment. On the other hand, neutron fluence accumulation is greater in PWR plants.

14 Irradiation Assisted SCC (IASCC) Irradiation effects on stainless steels: Hardening of the material and decreasing elongation at fracture Grain boundary segregation reduces corrosion resistance With high neutron fluence bubbles (voids, cavities) have been observed to develop at grain boundaries, that probably affect the susceptibility to IASCC At higher neutron fluence swelling of the material is possible; in LWR plants effect is the higher the higher neutron exposure temperature is Failure along the grain boundaries Factors affecting irradiation impact: Irradiation fluence is given as n/cm2 or dpa (displacement per atom; 15 dpa = 1022 n/cm2) Exposure temperature, that is influenced by environment and gamma heating Chemical composition of the material (all factors are not known)

15 Mikrorakenteen vaikutus murtumiseen

16 Lujuuden vaikutus

17 Lujuuden vaikutus Pienempi lujuus => suurempi sitkeys Miten saada lujuutta ja sitkeyttä yhtä aikaa nostettua

18 Ydintäjien vähentäminen Särönkasvun vaikeuttaminen Hauraiden faasien välttäminen

19 Ydintäjät Pienennetään sulkeumakokoa Vältetään kovia halkeavia sulkeumia

20 Eri sulkeumien vaikutus

21 Ydintäjätyypin vaikutus

22 Särön ohjaaminen / tylpistäminen Heikot rajapinnat murtuvat särön jännitystilassa ja hajottavat jännityskeskittymän Makroskooppisesti tai mikroskooppisesti Jakaja Heikentävät rakennetta toiseen suuntaan

23 Erkaustuskarkaistut seokset Lujuus hyvin pienillä erkaumilla Maraging teräkset Alumiiniseokset

24 TRIP = Transformation induced plasticity Särön kärjen plastisoituminen aiheuttaa faasitransformaation Murtumisen energia kasvaa

25 Keraamit Faasitransformaatiolla stabiloitu keraami

26

27 ABS-muovi

28

29

30 Mikrorakenteen hienontaminen Raerajat voivat pysäyttää pienen särön Raerajoilla säröt joutuvat muuttamaan etenemistasoa Parantaa sekä lujuutta että sitkeyttä

31

32

33 Yhteenveto Sitkeyttä suosivat Pienet, pyöreät, sulkeumat (ei ydintäjiä) Hienojakoinen mikrorakenne Epäpuhtauksien välttäminen

34 Materiaalilajikohtaisia haurausilmiöitä Alempi päästöhauraus Ylempi päästöhauraus Duplex ruostumattomien terästen haurausilmiöitä Vetyhauraus

35 Alempi päästöhauraus Hehkutettaessa o C Syntyy hauraita sementiittifaaseja Hyvin ohuita 2-dimensionaalisia faasirakenteita Murtuma perinnäisen austeniitin raerajoilla

36 Ylempi päästöhauraus Päästettäessä C Epäpuhtauksia suotautuu raerajoille Murtuma siirtyy raerajamurtumaksi

37

38

39 Duplex-ruostumattomien terästen haurausilmiöitä Monimutkainen Fe-Cr-Ni metallurgia Lukuisia mahdollisia hauraita faaseja

40

41 Yhteenveto vaurioituminen

42 "Ajava voima" Vapautuva (kimmo)energia "Vastustava voima" Kynnysjännitys

43 "Ajava voima" Vapautuva (kimmo)energia "Vastustava voima" Kynnysjännitys vs. Kuorma - Jännitys ja / tai venymä - Tuo systeemiin energian - Määrittelee "minimienergiasuunnan" Kantokyky - Jännitys ja / tai venymä joka tarvitaan vaurion edistämiseksi - Myös muut tekijät voivat vaikuttaa kynnysenergiaan (lämpötila, ympäristö, särö, jne.)

44 "Ajava voima" Vapautuva (kimmo)energia "Vastustava voima" Kynnysjännitys Kuorma - Jännitys ja / tai venymä - Tuo systeemiin energian - Määrittelee "minimienergiasuunnan" vs. Kantokyky - Jännitys ja / tai venymä joka tarvitaan vaurion edistämiseksi - Myös muut tekijät voivat vaikuttaa kynnysenergiaan (lämpötila, ympäristö, särö, jne.) Kullakin mekanismilla kynnysjännitys Ja altistavat tekijät

45 "Ajava voima" Vapautuva (kimmo)energia "Vastustava voima" Kynnysjännitys vs. Kuorma - Jännitys ja / tai venymä - Tuo systeemiin energian - Määrittelee "minimienergiasuunnan" Kantokyky - Jännitys ja / tai venymä joka tarvitaan vaurion edistämiseksi - Myös muut tekijät voivat vaikuttaa kynnysenergiaan (lämpötila, ympäristö, särö, jne.) Alin kynnysjännitys määrittelee vauriomekanismin (ja kantokyvyn) Kullakin mekanismilla kynnysjännitys Ja altistavat tekijät

46 Kuorma Plastinen myötäminen

47 Kuorma Plastinen myötäminen Särö Altistava tekijä

48 Kuorma Plastinen myötäminen Särö Hauras murtuma Sitkeä murtuma Altistava tekijä Vauriomekanismi

49 Väsyminen Viruminen Vaihtokuorma Lämpötila Kuorma Plastinen myötäminen Särö Ympäristö Hauras murtuma Sitkeä murtuma EAC Altistava tekijä Vauriomekanismi

50 Väsyminen Viruminen Vaihtokuorma Lämpötila Kuorma Plastinen myötäminen Särö Ympäristö Hauras murtuma Sitkeä murtuma EAC Altistava tekijä Vauriomekanismi

51 Vaurioitumisen estäminen Vähennä kuormaa Poista altistava tekijä Kohota kriittisen mekanismin kynnysjännitystä

52 Vähennä kuormaa Kuormituksen vähentäminen estää tietysti vaurion, mutta rajoittaa materiaalin käyttöä

53 Poista altistava tekijä Esimerkiksi: poistetaan lovi estetään särönkasvu nostetaan lämpötilaa (haurasmurtuma) lasketaan lämpötilaa (viruminen) vähennä epäpuhtauksia

54 Kohota kriittisen mekanismin kynnysjännitystä Estä dislokaatioiden liike Nostetaan lämpötila transitiolämpötilan yläpuolelle jne. Joku muu mekanismi voi tulla kriittiseksi Lujuuden lisääminen voi altistaa haurasmurtumalle

55 Lopuksi Hyvä suunnittelu hyödyntää materiaalin ominaisuuksia Kriittisissä kohteissa ollaan kantokyvyn rajoilla useiden mekanismien suhteen Vaurioihin vaikuttavat usein suunnittelussa ennakoimattomat tekijät (valmistusvirheet, ennakoimattomat käyttöolosuhteet, jne.)