Аннотация результатов, полученных в 2025 году
По данным дифракционных исследований деформированных труб из малолегированных циркониевых сплавов Э110опт и Э635 и штампованных ячеек дистанционирующих решеток (ДР) из сплава Э110 установлено, что в результате отжига в температурном интервале 480-640 °С в течение 3 часов сплав Э110 ячеек ДР состоит из α-Zr, β-Nb, β-Zr; сплав оболочечной трубы Э110опт дополнительно легированного железом из α-Zr, β-Nb, β-Zr и фаза Лавеса (интерметаллид Zr(Nb,Fe)₂) и сплава Э635 – из α-Zr и фазы Лавеса (интерметаллид Zr(Nb,Fe)₂). Фаза Лавеса в сплавах Э110опт и Э635 труб оказывается устойчивой при всех температурах отжига (480-640 °С). В случае отжига при температурах ниже монотектоидного превращения (610 °С) в сплавах Э110 опт и Э110 присутствует твердый раствор β-Nb, а в случае превышения температуры 610 °С β-Nb превращается в β-Zr, т.е. концентрация ниобия в ОЦК-фазе изменяется от примерно 90% до 20%, что соответствует диаграмме состояний системы Zr-Nb. В результате наводороживания в сплавах образуется стабильная гидридная фаза δ-ZrH₁.₆₆, отражений γ-гидридов не обнаружено. По литературным данным установлены закономерности изменения структурно-фазового состояния объектов исследования в результате длительной эксплуатации в активной зоне ядерного реактора. Разработана методика моделирования растяжения наводороженных патрубков из циркониевых сплавов с автоматической генерацией гидридов с заданным коэффициентом ориентации. Моделирование показало, что радиально ориентированные гидриды, в отличие от тангенциальных, создают более резкие перепады напряжений, повышая риск хрупкого разрушения материала. Оптимизирован алгоритм исследования кристаллографической текстуры материалов с использованием дебаевских колец, полученных на синхротронном рентгеновском излучении при съёмке на просвет. Для отработки методики анализа текстуры и построения обобщенных прямых полюсных фигур (ОППФ) с помощью нейтронного метода написано необходимое программное обеспечение для автоматизации обработки полученных данных. Для анализа влияния дополнительных фаз, например, ОЦК-(Nb,Zr), фаз Лавеса или гидридов, присутствующих в циркониевых сплавах, на параметры субструктурной неоднородности проведено сравнение ОППФ образцов различных сплавов на основе Zr, находящихся в деформированном и отожженном состояниях. Полученные данные свидетельствуют о том, что наличие дополнительных фаз в сплаве Zr-Nb-Fe-Sn приводит к увеличению величины средневзвешенного уширения <β0004> как в деформированном, так и в наводороженном состояниях, при этом ширина распределения объемных долей зерен с определенным значением уширения VF(β) в нем выше по сравнению со сплавом Zr-Nb, где фазы Лавеса отсутствуют. Увеличение содержание водорода дополнительно увеличивает значение <β0004> в сплаве Zr-Nb-Fe-Sn, что подтверждает данную закономерность: чем больше объемная доля дополнительных фаз, тем выше накопленная искаженность кристаллической решетки матрицы. Разброс (∆d/d) имеет обратную зависимость: ширина распределения VF(∆d/d) в отожженном состоянии немного выше для сплава Zr-Nb. Это может свидетельствовать о релаксации микронапряжений за счет выделения дополнительных фаз. При этом увеличение содержания водорода приводит к дополнительному его сужению и перераспределению микродеформаций на ОППФ_∆d/d. Так, в отсутствие водорода в отожженном Zr-Nb-Fe-Sn наблюдается уравновешивание микродеформаций по текстурным максимумам, один из которых полностью растянут, а другой сжат, а наличие гидридов приводит к уравновешиванию остаточных деформационных эффектов в пределах каждого из них. Разработана установка для газофазного гидрирования циркониевых сплавов до различных содержаний водорода без окисления в присутствии геттера (йодидного циркония). В качестве газовой смеси предложена невзрывоопасная смесь Ar + 8 мас. %H₂. Подобран режим, позволяющий осуществлять газофазное гидрирование при невысокой температуре (400 °С), что ниже температуры фазового превращения в системе Zr-H и достаточно близко к температуре эксплуатации исследуемых изделий. Варьированием длительности выдержки удалось получить образцы с содержанием водорода 15–600 ppm. Разработано программное обеспечение, обеспечивающее автоматизированную оценку морфологии гидридов в циркониевых трубах, комбинируя анализ ориентации и радиальной связности. Методология, включающая геометрическую коррекцию изображения, скелетизацию и сегментацию гидридов, позволяет точно определять коэффициент ориентации (Fn) как долю гидридов, ориентированных в радиальном направлении, и коэффициент радиальной связности гидридов (RHCF) как меру максимальной длины радиальных гидридов в критических зонах (150 мкм). Разработанное ПО выявляет наиболее уязвимые участки, формирующие пути для распространения потенциальных трещин. Результаты измерения температуры растворения гидридов (TSSD) по синхротронным данным и ДСК-кривым (дифференциальная сканирующая калориметрия) для сплава Э635 полностью совпадают в интервале температур от комнатной до 500 °С, в то время как для сплава Э110опт отличаются примерно на 100°. Если учесть, что температура фазового перехода с помощью ДСК определяется по изменению первой производной от теплосодержания, то эта температура соответствует значению, промежуточному между началом и концом фазового перехода. Кривые TSSD по результатам синхротронного анализа строятся по температурным значениям, соответствующим полному растворению гидридной фазы. Поэтому результаты синхротронного анализа могут превышать значения, полученные ДСК-методом. Причем эти отличия будут тем больше, чем больше растянут интервал фазового перехода по температурной оси.

Аннотация результатов, полученных в 2026 году
В работе реализована трёхмерная конечно-элементная модель в программном комплексе ANSYS и выполнен расчет напряжений в ячейке дистанционирующей решетки (ДР) при расположении в ней цилиндра, обеспечивающего растяжение в тангенциальном направлении и создано напряженное состояние в ячейке ДР с целью обеспечения переориентации гидридов в результате нагрева и последующего охлаждения. Проведённый анализ показал, что с увеличением диаметра стального стержня, вставляемого в ячейку ДР, напряжённо-деформированное состояние в области пуклевки формируется на более ранних шагах расчёта: рост напряжений и накопление пластической деформации начинаются раньше и протекают интенсивнее, тогда как на стадии нагрева наблюдается релаксация напряжений при сохранении накопленной пластической деформации. По толщине ячейки формируется градиент окружных напряжений: на внутренней поверхности, контактирующей со стержнем, преобладают сжимающие напряжения порядка от 140 МПа до 150 МПа для разных диаметров стержней, а на наружной поверхности – растягивающие, максимальный уровень которых после нагрева возрастает от 95 МПа для стержня диаметром 9,4 мм до 135 МПа для диаметра 10,0 мм. При этом условия, потенциально способствующие переориентации гидридов, реализуются лишь локально, в ограниченной приповерхностной области. Одновременно с увеличением диаметра стержня напряжённое состояние в зоне пуклевки становится более выровненным по толщине, а область повышенной пластической деформации расширяется; максимальная эквивалентная пластическая деформация возрастает примерно от 0,022 до 0,036. Проведенное моделирование процесса разрушения колец из наводороженных циркониевых сплавов в результате растяжения в тангенциальном направлении показало, что при увеличении доли радиально ориентированных гидридов изменяется характер локализации напряжений и деформаций вблизи включений: снижается вклад локальных растягивающих напряжений σ(TT), возрастает роль сжимающих компонент σ(RR) и σ(LL), а распределение напряжённо-деформированного состояния становится более объёмным и менее локализованным. Одновременно увеличение объёмной доли гидридной фазы и размера включений усиливает искажение поля пластической деформации вблизи зоны утонения: области пониженной деформации вокруг гидридов укрупняются, начинают перекрываться и вызывают перераспределение деформации в ограниченные участки матрицы. Наиболее выраженно эти эффекты проявляются при больших диаметрах гидридов и повышенной объёмной доле dV = 0,006, где неоднородность поля деформации и локализация вблизи шейки становятся максимальными. Таким образом, параметры морфологии и ориентации гидридной фазы существенно определяют характер локализации напряжений и деформаций в циркониевой матрице. Разработано приспособление, обеспечивающее испытание ячеек ДР в условиях растяжения в тангенциальном направлении и последующее разрушение. Оно позволило достигнуть локализации места деформации и разрыва в области пуклевок. Проведены испытания на разрушение наводороженных циркониевых изделий и металлографический анализ поперечного сечения, а также электронно-микроскопическое исследование изломов. Получены снимки двух сечений фрагментов разрушенной ячейки с радиального и тангенциального направлений в ячейке. Проведена оценка доли хрупкой и вязкой составляющей изломов. По электронно-микроскопическим снимкам с L-направления разрушенной ячейки установлено, что вблизи поверхности разрушения гидриды имеют тангенциальную ориентацию, что обусловлено пластической деформацией альфа-матрицы. Аналогичный процесс наблюдался при моделировании полей напряжений и деформаций в присутствии гидридов. Показано, что образование шейки перед разрывом колец сопровождается пластической деформацией альфа-циркония за счет активизации двойникования, что приводит к резкому изменению кристаллографической текстуры. Текстура становится радиальной, что также благоприятствует тангенциальной ориентации гидридов. Разработано программное обеспечение на основе сверточной нейронной сети для определения долей вязкой и хрупкой составляющих изломов наводороженных ячеек сплава Э110. Полученный программный алгоритм для количественной фрактографии разрушенных наводороженных образцов из циркониевых сплавов, обеспечивает автоматизированное определение доли вязкой и хрупкой составляющих излома по данным электронной микроскопии и сегментацию снимка на хрупкие и вязкие участки. Полученные результаты создают основу для дальнейшего развития специализированного программного инструмента анализа изломов отечественных циркониевых сплавов. Показано, что доля хрупкой составляющей повышается при увеличении концентрации водорода и коэффициента ориентации гидридов Fn. Также наблюдается, что по краям поверхности разрушения вдоль осевого направления наблюдается повышенная доля хрупкой составляющей. Проведен анализ структуры и кристаллографической текстуры по периметру деформированных (после штамповки), отожженных и наводороженных ячеек с использованием электронной микроскопии и синхротронных дифракционных данных, но основании которых показано, что в результате пластической деформации трубы формируется окружная и послойная текстурная неоднородность различных участков ячейки ДР, обусловленная особенностями распределения напряжений при штамповке. Установлено, что кристаллографическая текстура среднего сечения различных участков ячейки изменяется в широких пределах, для которых, например, fR-параметр варьируется от 0,57 до 0,64. Эти изменения сохраняются и после рекристаллизационного отжига ячейки в свободном состоянии. Отжиг способствует формированию совершенной структуры α-циркония, в то время как неоднородность кристаллографической текстуры предопределяет сохранение распределения напряженного поля внутри ячеек не только после штамповки, но и после отжига ячеек в свободном состоянии. Показано, что для переориентирующихся гидридов основное ориентационное соотношение между матрицей и дельта-гидридом сохраняется. Установлено, что при экстремально высокой концентрации водорода, характерной для тяжелых аварий, в пуклёвке ячейки ДР образуются гидриды радиальной ориентации, являющиеся наиболее опасными при эксплуатации ТВС в активной зоне ядерного реактора и способные вызывать образование трещин. При этом в малых углах ячеек (смежных с пуклевкой) радиальные гидриды располагаются на внутренней поверхности, а в углах ячеек – на внешней. Полученные результаты доказывают необходимость отжига промышленных ДР в зафиксированном состоянии для соблюдения посадочных размеров и создания растягивающих остаточных напряжений на внешней поверхности пуклёвки. Преимущественная релаксация напряжений при таком отжиге должна способствовать снижению наблюдаемых неоднородностей распределения гидридов.