Высокотемпературная установка для измерения коэффициента линейного расширения

封面

如何引用文章

全文:

详细

Приведено описание высокотемпературной (до 1600 °С) установки по измерению коэффициента линейного расширения с использованием относительного метода. Измерительный блок установлен в защитном перчаточном боксе, что позволило проводить измерения на образцах, облученных в реакторе. Изменения длины образца при нагреве фиксировались индикаторной головкой часового типа с точностью 1 мкм с пределами измерения (0–10) мм. Установка использовалась для определения значений распухания облученных образцов при высокотемпературных отжигах и получения значений коэффициента линейного расширения перспективных реакторных материалов. Средняя относительная ошибка измерений составляет 8–11%.

全文:

1. УСТРОЙСТВО УСТАНОВКИ

Принципиальная схема установки приведена на рис. 1 и состоит из измерительного блока (I), вакуумного блока (II), температурного блока (III) и блока органов управления и регистрации (IV). Измерительный блок установки помещается в защитный перчаточный бокс, что позволяет проводить измерения на образцах, прошедших реакторное облучение. Измерительный блок состоит из печи с нагревателем из молибдена, системы контроля температуры, измерительной части и соединен с вакуумной системой.

 

Рис. 1. Схема высокотемпературного вакуумного дилатометра: 1cтолик крепления измерительной головки, 2 – измерительная головка часового типа ИЧ 10 0.001, 3 – корпус печи, 4 – термопары, 5 – молибденовая трубка с заглушкой для установки образца, 6 – молибденовый шток, 7 – колпак измерительного блока, 8 – подъемник колпака, 9 – рубашка охлаждения корпуса печи, 10 – образец, 11 – электропечь с экранами.

 

2. ПРИНЦИП ИЗМЕРЕНИЯ

Измерения коэффициента линейного расширения и изменения высоты облученных образцов при различных температурах проводились на высокотемпературном вакуумном дилатометре с использованием контрольных образцов [1, 2]. Контрольные образцы изготавливались из молибдена, кварца, стали Х18Н10Т и карбида бора с размерами, идентичными испытуемым образцам.

Измерения проводились в вакууме 10-2 Па при температурах на образцах (300–1600) °С.

Вакуум внутри системы обеспечивался вакуумным пластинчато-роторным 2НВР–5ДМ [3] и высоковакуумным паромасляным Н-05 [4] насосами и контролировался вакуумметрами ионизационно-термопарным ВИТ-2 и магнитным блокировочным типа ВМБ-3 [5, 6].

Заданная температура поддерживалась высокоточным регулятором температуры ВРТ-3 [7], контроль температур на образце осуществлялся автоматическим самопишущим прибором КСП-4 [8]. В качестве задающей и контрольной использовались платино-платинородиевые термопары 4.

Образец 10 устанавливался на столике в молибденовой трубе 5 через вырезанное боковое окно в трубке. Изменение длины образца при нагревании с помощью молибденового штока 6 передавалось на часовой индикатор 2. Для отсчета изменения длины контрольного и испытуемого образцов использовалась часовая индикаторная головка 2 с ценой деления 1 мкм с пределами измерения (0–1) мм.

3. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ

Отработка методики измерения изменения длины образца заключалась в получении поправок для образцов с заданной высотой при каждой температуре по контрольным образцам с известными значениями температурного коэффициента линейного расширения. Контрольные образцы изготавливались из молибдена, кварца, стали Х18Н10Т и карбида бора с размерами, идентичными испытуемым образцам. Величины температурного коэффициента линейного расширения для контрольных образцов взяты из работ [9–11]. Удлинение образца вычислялось из соотношения

Δl = A · (n2n1 ) + Δlд.яч., (1)

где А – постоянная прибора, для индикаторной головки А = 1 мкм; n2, n1 – отсчет изменения длины образца при температурах t2 и t1; ∆lд.яч. – поправка, учитывающая удлинение внешней части дилатометрической ячейки на длине образца в температурном интервале ∆t = t2t1. Расчет температурного коэффициента линейного расширения исследуемых образцов проводился по известной формуле [1]:

α = Δl / l0 · Δt, (2)

где ∆l – удлинение образца при заданной температуре t2, l0 – длина (высота) образца при t1 = 20 °С, ∆t = t2t1. Для повышения достоверности на контрольных и испытуемых образцах измерения проводились 5–6 раз при выдержках при заданной температуре около 2 ч.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЯ

Высокотемпературная установка использовалась для определения значений температурного коэффициента линейного расширения перспективных реакторных материалов в исходном и облученном в реакторе состояниях и распухания облученных образцов карбида бора при высокотемпературных отжигах (рис. 2, 3) [12, 13]. По результатам многочисленных полученных данных определена средняя относительная ошибка измерений в пределах 8–11%.

 

Рис. 2. Зависимость коэффициента линейного расширения (КЛР) сплава V–4Ni–4Cr от температуры [12].

 

Рис. 3. Зависимость увеличения длины образцов карбида бора от температуры и выгорания бора [13].

 

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Установка позволяет с достаточно хорошей достоверностью (8–11%) получать значения температурного коэффициента линейного расширения исследуемых материалов, а также их распухание при высокотемпературных отжигах после реакторного облучения.

×

作者简介

В. Тарасиков

АО “ГНЦ РФ Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского”

编辑信件的主要联系方式.
Email: vptarasikov@mail.ru
俄罗斯联邦, 249033, Обнинск, Калужская обл., пл. Бондаренко, 1

参考

  1. Новикова С.И. Тепловое расширение твердых тел. М.: Наука, 1974.
  2. Аматуни Я.Н. Методика и приборы для определения температурных коэффициентов линейного расширения материалов. М.: Изд. стандартов, 1972.
  3. Насос вакуумный пластинчато-роторный 2НВР-5ДМ. Паспорт 2057 364813 2508 00 4 ПС, Казань, 1980.
  4. Вакуумметр ионизационно-термопарный ВИТ-2. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. М.: Изд. стандартов, 1980.
  5. Вакуумметр магнитный блокировочный типа ВМБ-3 Выпускной аттестат, техн. описание и инструкция по эксплуатации. М.: Изд. стандартов, 1980.
  6. Высоковакуумный паромасляный насос Н-5. Паспорт ди2.960.006. Казань: Тат. ЦНТИ, 1980.
  7. Высокоточный регулятор температуры ВРТ-3. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Каунас: “Райде”, 1980.
  8. Потенциометр КСП-4 автоматический. Техническое описание инструкция по эксплуатации. Паспорт 4АО.072.004 ПС.
  9. Физические свойства сталей и сплавов, применяемых в энергетике. Справочник / под редакцией Б.Е. Неймарка. М.: Энергия, 1967.
  10. Кржижановский Р.Е. Теплофизические свойства неметаллических материалов (окислы). Справочная книга / под редакцией Р.Е. Кржижановского, З.Ю. Штерна. Л.: Энергия, 1973.
  11. Кржижановский Р.Е. Теплофизические свойства неметаллических материалов (карбиды). Справочная книга / под редакцией Р.Е. Кржижановского, З.Ю. Штерна. Л.: Энергия, 1973.
  12. Биржевой, Г.А., Захарова М.И., Артёмов Н.А., Алексеев А.Б., Тарасиков В.П. // Металлы. 1996. № 5. С. 61.
  13. Тарасиков В.П. Атомная энергия. 2009. Т. 106. № 3. С. 173.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2. Fig. 1. Schematic diagram of a high-temperature vacuum dilatometer: 1 – table for mounting the measuring head, 2 – clock-type measuring head ИЧ 10 0.001, 3 – furnace body, 4 – thermocouples, 5 – molybdenum tube with a plug for installing a sample, 6 – molybdenum rod, 7 – measuring block cap, 8 – cap lifter, 9 – furnace body cooling jacket, 10 – sample, 11 – electric furnace with screens.

下载 (367KB)
3. Fig. 2. Dependence of the coefficient of linear expansion (CLE) of the V–4Ni–4Cr alloy on temperature [12].

下载 (245KB)
4. Fig. 3. Dependence of the increase in the length of boron carbide samples on temperature and boron burnout [13].

下载 (223KB)

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».