Kon-67.3401 Luento 12 -Säteilyhaurastuminen -Mikrorakenteen vaikutus murtumiseen -Yhteenveto -CASE: Murtumismekanismien yhteisvaikutukset
Säteilyhaurastuminen
Reaktoripaineastia ja sisukset 12/3/2015 3
Irradiation effects on materials
12/3/2015 5
Hätäjäähdytystilanne 12/3/2015 8
12/3/2015 9
12/3/2015 10
12/3/2015 11
12/3/2015 12
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.
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)
Mikrorakenteen vaikutus murtumiseen
Lujuuden vaikutus
Lujuuden vaikutus Pienempi lujuus => suurempi sitkeys Miten saada lujuutta ja sitkeyttä yhtä aikaa nostettua
Ydintäjien vähentäminen Särönkasvun vaikeuttaminen Hauraiden faasien välttäminen
Ydintäjät Pienennetään sulkeumakokoa Vältetään kovia halkeavia sulkeumia
Eri sulkeumien vaikutus
Ydintäjätyypin vaikutus
Särön ohjaaminen / tylpistäminen Heikot rajapinnat murtuvat särön jännitystilassa ja hajottavat jännityskeskittymän Makroskooppisesti tai mikroskooppisesti Jakaja Heikentävät rakennetta toiseen suuntaan
Erkaustuskarkaistut seokset Lujuus hyvin pienillä erkaumilla Maraging teräkset Alumiiniseokset
TRIP = Transformation induced plasticity Särön kärjen plastisoituminen aiheuttaa faasitransformaation Murtumisen energia kasvaa
Keraamit Faasitransformaatiolla stabiloitu keraami
ABS-muovi
Mikrorakenteen hienontaminen Raerajat voivat pysäyttää pienen särön Raerajoilla säröt joutuvat muuttamaan etenemistasoa Parantaa sekä lujuutta että sitkeyttä
Yhteenveto Sitkeyttä suosivat Pienet, pyöreät, sulkeumat (ei ydintäjiä) Hienojakoinen mikrorakenne Epäpuhtauksien välttäminen
Materiaalilajikohtaisia haurausilmiöitä Alempi päästöhauraus Ylempi päästöhauraus Duplex ruostumattomien terästen haurausilmiöitä Vetyhauraus
Alempi päästöhauraus Hehkutettaessa 250-400 o C Syntyy hauraita sementiittifaaseja Hyvin ohuita 2-dimensionaalisia faasirakenteita Murtuma perinnäisen austeniitin raerajoilla
Ylempi päästöhauraus Päästettäessä 500-650 C Epäpuhtauksia suotautuu raerajoille Murtuma siirtyy raerajamurtumaksi
Duplex-ruostumattomien terästen haurausilmiöitä Monimutkainen Fe-Cr-Ni metallurgia Lukuisia mahdollisia hauraita faaseja
Yhteenveto vaurioituminen
"Ajava voima" Vapautuva (kimmo)energia "Vastustava voima" Kynnysjännitys
"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.)
"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
"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
Kuorma Plastinen myötäminen
Kuorma Plastinen myötäminen Särö Altistava tekijä
Kuorma Plastinen myötäminen Särö Hauras murtuma Sitkeä murtuma Altistava tekijä Vauriomekanismi
Väsyminen Viruminen Vaihtokuorma Lämpötila Kuorma Plastinen myötäminen Särö Ympäristö Hauras murtuma Sitkeä murtuma EAC Altistava tekijä Vauriomekanismi
Väsyminen Viruminen Vaihtokuorma Lämpötila Kuorma Plastinen myötäminen Särö Ympäristö Hauras murtuma Sitkeä murtuma EAC Altistava tekijä Vauriomekanismi
Vaurioitumisen estäminen Vähennä kuormaa Poista altistava tekijä Kohota kriittisen mekanismin kynnysjännitystä
Vähennä kuormaa Kuormituksen vähentäminen estää tietysti vaurion, mutta rajoittaa materiaalin käyttöä
Poista altistava tekijä Esimerkiksi: poistetaan lovi estetään särönkasvu nostetaan lämpötilaa (haurasmurtuma) lasketaan lämpötilaa (viruminen) vähennä epäpuhtauksia
Kohota kriittisen mekanismin kynnysjännitystä Estä dislokaatioiden liike Nostetaan lämpötila transitiolämpötilan yläpuolelle jne. Joku muu mekanismi voi tulla kriittiseksi Lujuuden lisääminen voi altistaa haurasmurtumalle
Lopuksi Hyvä suunnittelu hyödyntää materiaalin ominaisuuksia Kriittisissä kohteissa ollaan kantokyvyn rajoilla useiden mekanismien suhteen Vaurioihin vaikuttavat usein suunnittelussa ennakoimattomat tekijät (valmistusvirheet, ennakoimattomat käyttöolosuhteet, jne.) 3.12.2015 74