WWW.EL.Z-PDF.RU
БИБЛИОТЕКА  БЕСПЛАТНЫХ  МАТЕРИАЛОВ - Онлайн документы
 

«О.П. Максимкин, М.Н. Гусев, Д.А. Токтогулова Институт Ядерной Физики, Алматы, Казахстан Известно, что в процессе пластического течения металлических поликристаллов под-водимая извне механическая ...»

ДИССИПАТИВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ НИКЕЛЯ И ХРОМОНИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ (12Х18Н10Т И 03Х20Н45М4Б2), ОБЛУЧЕННЫХ НЕЙТРОНАМИ

О.П. Максимкин, М.Н. Гусев, Д.А. Токтогулова

Институт Ядерной Физики, Алматы, Казахстан

Известно, что в процессе пластического течения металлических поликристаллов под-водимая извне механическая энергия частич-но переходит в тепло или рассеивается путем акустической и электромагнитной эмиссии, а частично накапливается в материале за счет образования дефектов, искажающих кри-сталлическую решетку. Эту часть энергии, накопившейся в материале, называют ла-тентной Es [1,2]. В [4] было показано, что об-лучение металлов и сплавов высокоэнерге-тическими частицами, создающее дефекты кристаллической решетки, приводит к росту величины латентной энергии. С величиной Es связывают изменение таких свойств мате-риалов, как прочность, пластичность, тепло-проводность и т.п.

При изучении особенностей деформации облученных металлических поликристаллов исследователи указывают на то, что в про-цессе пластического течения может проте-кать аннигиляция части радиационных де-фектов, что приводит, в частности, к образо-ванию бездефектных дислокационных кана-лов в структуре материала (см., например [3]). Бездефектные каналы выявляются, как правило, в облученных материалах, подверг-нутых пластической деформации на 1-5%, и в дальнейшем, с ростом степени деформации, они маскируются развитой дислокационной структурой.

В то же время нет оснований ожидать, что взаимодействие дислокаций с радиационными дефектами и аннигиляция последних ослабевают с ростом степени де-формации. Деформационно-стимулирован-ная аннигиляция радиационных дефектов может оказывать существенное влияние на диссипативные процессы, сопровождающие пластическую деформацию. Так, можно ожи-дать, что при аннигиляции дефектов будет иметь место некоторое дополнительное теп-ловыделение. Соответственно, кинетика про-цессов накопления и рассеяния энергии в материале, облученном нейтронами, будет существенно отличаться от необлученного.

Учитывая сказанное выше, изучение процессов накопления и рассеяния энергии представляет несомненный научный и прак-тический интерес.

110

В настоящей работе экспериментально исследованы процессы накопления и рассея-ния энергии для металлических поликристал-лов, облученных нейтронами.

1 ИССЛЕДУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследовали технически чистый никель (отжиг 1223К, 30мин) и хромоникелевые сплавы: 12Х18Н10Т и 03 Х20Н45М4Б2 (отжиг 1323К, 30мин.). Плоские образцы (размеры рабочей части 10х3,5х0,3мм) облучали в ре-акторе ВВР-К при температуре облучения не

выше 330К до флюенсов в диапазоне 21018 –

21020н/см2 (Е>0,1МэВ).

Механические испытания на одноосное растяжение проводили на установке, позво-ляющей деформировать миниатюрные об-разцы внутри микрокалориметра и предна-значенной для исследования закономерно-стей рассеяния и запасания энергии в про-цессе деформации металлических материа-лов [3]. В качестве калориметрического блока использован стандартный дифференциаль-ный микрокалориметр Calvet фирмы “Setaram” (Франция). Максимальная чувстви-тельность калориметра не хуже 10-7Вт, в то время как типичные значения тепловой мощ-ности рассеиваемой деформируемым образ-цом в нашем случае находятся в диапазоне от ~10-4 до ~10-2 Вт.

Необлученные и облученные нейтрона-ми образцы деформировали при комнатной температуре со скоростью деформации 5,510-4с-1 (0.

33мм/мин). В результате каждого эксперимента получали диаграмму растяже-ния “нагрузка F – удлинение l” и термограм-му “интенсивность тепловыделения dQ/dt – время t”. Кроме стандартных механических характеристик (пределы текучести 0.2 и прочности в, равномерное р и полное полн удлинение) определяли интегральные энер-гетические параметры – удельную работу А, затраченную на деформирование образца (в МДж/м3), тепло Q, выделившееся при растя-жении, и величину латентной энергии Es=A-Q, накопленную в материале. Используя мето-дику, подробно описанную в [4] и включаю-щую в себя процедуру "восстановления тер-

ПОЛЗУНОВСКИЙ АЛЬМАНАХ №1-2 2007

ДИССИПАТИВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ НИКЕЛЯ И ХРОМОНИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ (12Х18Н10Т И 03Х20Н45М4Б2), ОБЛУЧЕННЫХ НЕЙТРОНАМИ

мограммы" [5, 6], рассчитывали зависимости A, Q, Es от степени деформации, а также строили кривые Es(), где – "истинное" на-пряжение течения. Погрешность определения величины А составляла не более 3%, Q – 5%, Es – 20–30%.

Изучение микроструктуры облученных и затем деформированных образцов выполня-ли на электронном просвечивающем микро-скопе "JEM-100CX" и металлографическом

"Neophot-2".

Таблица 2 – Энергетические характери-стики пластической деформации стали 12Х18Н10Т, необлученной и облученной ней-тронами

Флюенс, А, Q, Es,

н/см2 МДж/м3 МДж/м3 МДж/м3

0 410 310 100

5 · 1018 400 340 75

1,4 · 1019 380 337 43

1,3 · 1020 347 347 0-4

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ Обращает на себя внимание следующая РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ особенность изменения величины латентной 2.1 СТАЛЬ 12Х18Н10Т энергии – при максимальном достигнутом В таблице 1 приведены полученные в флюенсе (1,3·1020н/см2) величина Es практи- результате экспериментов величины механи- чески равна нулю, т.е. материал рассеивает ческих характеристик необлученной и облу- при деформации столько же энергии, сколько ченной нейтронами стали 12Х18Н10Т. Видно, получает извне. Это противоречит тому фак- что исследуемый материал до облучения ту, что материал упрочняется, и, следова- имеет значительную склонность к упрочне- тельно, должен поглощать энергию. нию при деформировании (отношение в/0.2 Ранее мы показали [7], что для необлу- достаточно велико), что, скорее всего, свиде- ченной, а также для облученной нейтронами тельствует о протекании мартенситного до 5 · 1018н/см2 стали 12Х18Н10Т, взаимо- превращении и характеризуется сравнитель- связь величины накопленной в материале но высокой пластичностью. В результате об- энергии и действующим напряжением пла- лучения нейтронами с ростом флюенса Ф стического течения описывается выражением прочность материала возросла, а пластич- вида: ность снизилась. При этом наиболее сильно возрастает предел текучести, увеличение 2, предела прочности менее заметно. Es= Е0+k· Полученные при деформировании об- где Е0 – коэффициент, характеризующий разцов нержавеющей стали значения энерге- внутреннюю энергию поликристалла, обу- тических характеристик представлены в таб- словленную структурным состоянием мате- лице 2, из которой видно, что с ростом флю- риала до деформации; k – коэффициент, за- енса нейтронов снижается величина работы, висящий от параметра решетки, температу- необходимой для деформирования образца ры, энергии дефекта упаковки и т.

д. до разрушения. Также уменьшается значение В результате облучения флюенсом латентной энергии Es, в то время как величи- 5·10 18 н/см 2 наблюдался сдвиг кривой “Es – ” на рассеянного тепла Q возрастает. в область меньших значений Es на Таблица 1 – Механические характери- ~20МДж/м3, но при этом общий вид зависи- мости сохраняется (см. рис.1). стики стали 12Х18Н10Т, необлученной и об- Как можно было ожидать, для стали, об- лученной нейтронами лученной до более высоких, чем 5·10 18 2, н/см флюенсов, квадратичная зависимость долж- Флюенс, 0.2, в, р,, на была сохраниться, смещаясь при этом в н/см2 МПа МПа % % область меньших значений Es. Однако в ре- зультате экспериментов было установлено, 0 180 640 63 70 что дальнейшее увеличение флюенса до 1,4·1019н/см2 при незначительном приросте 5 ·1018 420 700 44 60 предела текучести существенно изменяет 1,4 ·1019 450 690 49 57 вид кривой Es() (рис.1, кривая 3). Она утра- 1,3 ·1020 560 710 41 51 чивает параболический характер, вырожда- ется в прямую линию, деформационное уп- рочнение и рост сопровождается сущест- венно меньшим приростом Es. Для флюенса 1,3·1020н/см2 на кривой Es(), начиная с ПОЛЗУНОВСКИЙ АЛЬМАНАХ №1-2 2007 111 О.П. МАКСИМКИН, М.Н. ГУСЕВ, Д.А. ТОКТОГУЛОВА

~ 620 МПа, прирост напряжения сопровож-дается не увеличением, а уменьшением энергии, накопленной в материале (рис.1, кривая 4).

Рисунок 1 – Зависимость величины латент-ной энергии от действующего напряжения

при деформации стали 12Х18 Н10Т: 1) исх., 2) 5·1018н/см2, 3) 1,4·1019н/см2, 4) 1,3·1020н/см2.

Подобное поведение величины Es – уменьшение при росте – является нетипич-ным и не наблюдается для исследованных материалов в отожженном необлученном со-стоянии.

Известен ряд работ, где аналогичный эффект – уменьшение Es при росте – отме-чали на стадии предразрушения и связывали с образованием микротрещин [8]. В нашем случае измерения плотности не выявили сколько-нибудь существенных различий меж-ду исходными и деформированными образ-цами. Соответственно “аномальное” поведе-ние Es, как можно полагать, не связано с трещинообразованием.

Авторами [3] показано, что в структуре нержавеющей стали, близкой по химическом составу к исследуемой нами, облученной до флюенса ~1020н/см2 и затем деформирован-ной на 5-10%, формируются “бездефектные каналы” – протяженные линейные области, свободные от радиационных дефектов. При-нято считать, что радиационные дефекты ис-чезают вследствие взаимодействия с дисло-кациями. Это подтверждается теоретически-ми работами и экспериментальными иссле-дованиями структуры облученного и дефор-мированного материала.

Соответственно, отмеченное нами нети-пичное поведение кривой Es() может быть обусловлено “выметанием” части радиацион-ных дефектов.

Другой возможный источник избыточного или "аномального" тепла – мартенситное

112

превращение [9]. Так, для деформируемых кристаллов ZnS именно оно ведет к соотно-шению Q >>A [10], однако для облученной стали 12Х18Н10Т сведения о количественной величине теплового эффекта, индуцирован-ного деформацией, - превращения от-сутствуют.

2.2 СПЛАВ ЧС-42 (03Х20Н45М4Б2)

На рис.2 показаны кривые "условное на-пряжение – деформация", для высоконикеле-вого сплава ЧС-42, в таблице 3 приведены энергетические и механические характери-стики для указанного материала в зависимо-сти от флюенса нейтронов, а на рисунке 3 показаны кривые "Es – ".

Таблица 3 – Энергетические и механи-ческие характеристики сплава 03 Х20Н45М4Б2, необлученного и облученно-го нейтронами

3 3 3, МПа МПа, % м 2 0.2, р А,МДж/м Q,МДж/м,МДж/ в Флюенс,н/см,% s E 0 238 649 49 51 282 169 113 19 1,4 · 10 465 689 32 34 209 149 60 20 1,3 ·10 482 650 25 26 155 131 24

Рисунок 2 – Диаграммы деформации сплава

03Х20Н 45М4Б2: 1) необл, 2) 1,41019 н/см2, 3) 1,31020 н/см2.

ПОЛЗУНОВСКИЙ АЛЬМАНАХ №1-2 2007

ДИССИПАТИВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ НИКЕЛЯ И ХРОМОНИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ (12Х18Н10Т И 03Х20Н45М4Б2), ОБЛУЧЕННЫХ НЕЙТРОНАМИ

Рисунок 3 – Кривые "Es – " для сплава

03Х20Н45М4Б2: 1) необл, 2) 1,41019н/см2, 3) 1,31020н/см2.

Как видно из представленных данных (см. рис.2 и 3), облучение, приводя к росту прочности и снижению пластичности, смеща-ет кривые "Es – " в область меньших значе-ний Es, при этом кривые "Es – " сохраняют параболический характер. Для высоконике-левого сплава, в отличие от стали 12Х18Н10Т, аномального тепловыделения и изменения величины Es не отмечено.

2.3 НИКЕЛЬ

Деформируемый никель в исходном со-стоянии характеризуется сравнительно низ-кой прочностью, высокой пластичностью и значительным деформационным упрочнени-ем. На рис.4 представлены диаграммы де-формации и кривые A, Q,Es () для необлу-ченного и облученного нейтронами никеля, а в таблице 4 приведены соответствующие энергетические и механические характери-стики.

Рисунок 4 – Диаграммы растяжения (1, 2) и деформационные зависимости энергетиче-ских характеристик для никеля: 3, 4 – А (); 5, 6 – Q (); 7, 8 – Es(). 1,3,5,7 – в необлученном

состоянии;2,4,6,8 – облученный нейтронами, 1,41019 н/см2.

Из табл.4 видно, что в результате нейтронно-го облучения никель стал значительно проч-нее, тогда как его пластичность уменьшилась в ~1,5 раза по сравнению с необлученным материалом. Также значительно снизились значения А и Q, а величина Es стала отрица-тельной – облученный материал рассеивает значительно больше энергии, чем подведено извне. Ранее аналогичный эффект отмечен нами также для армко-железа [11].

Как следует из рис.4, никель характеризуется значительным коэффициентом деформаци-онного упрочнения даже после облучения флюенсом 1,41019 н/см2. Возможный эффект "выметания дефектов", регистрируемый в виде избыточного тепловыделения, не при-вел к заметному снижению интенсивности деформационного упрочнения. Можно пред-положить, что избыточное тепловыделение обусловлено аннигиляцией дефектов, в ос-новном, такого типа, которые оказывают не-значительное влияние на напряжение тече-ния. Например, в нашем случае, при низко-температурном облучении в реакторе ВВР-К, это могут быть точечные дефекты и их ком-плексы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполнены деформационно-калориметрические эксперименты с необлу-ченными и облученными нейтронами до раз-личных флюенсов образцами никеля и хро-моникелевых сплавов: стали 12Х18Н10Т и сплава 03Х20Н45М4Б2.

ПОЛЗУНОВСКИЙ АЛЬМАНАХ №1-2 2007 113

О.П. МАКСИМКИН, М.Н. ГУСЕВ, Д.А. ТОКТОГУЛОВА

Исследовано влияние флюенса нейтро-нов на процессы накопления и рассеяния энергии при пластической деформации мо-дельного и конструкционных материалов, имеющих ГЦК-решетку.

Таблица 4 – Энергетические и механи-ческие характеристики никеля, необлученного и облученного нейтронами

Состояние 3 3 3, МПа МПа, % м 0.2 В, р,% А,МДж/м Q,МДж/м,МДж/ s E Исходный 50 315 50 52 147 139 8,2 н/см 22 350 27 33 105 111 -6 19 5 Облученный1,410 Показано, что для облученных нейтро-нами стали 12Х18Н10Т и никеля кривые "Es – " с ростом флюенса смещаются в область меньших значений Es, а характер взаимосвя-зи между Es и утрачивает параболический характер, отмечаемый для необлученных ме-таллов и сплавов.

Экспериментально показано, что вслед-ствие избыточного тепловыделения возмож-на ситуация, когда запасаемая энергия Es 0, т.е. деформируемый облученный материал рассеивает больше энергии, чем затрачено извне.

Сделано предположение, что при де-формации облученных материалов сущест-вует источник дополнительного, "избыточно-

го" тепловыделения – взаимодействие дисло-каций с радиационными дефектами и анниги-ляция последних.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

Большанина М.А., Панин В.А. Скрытая энергия деформации // в кн. “Исследова-ния по физике твердого тела”. – М., 1957. –C.193-233.

Wolfenden A., Applrton A.S.// Acta Metallur-gica. 1968. v.16. July. PP.915–925.

Karlsen W., Onchi T.// ICG-EAC – Annual Meeting, May 14-19, 2006 in Charlestone, South Carolina, USA.

Максимкин О.П., Гусев М.Н. Методика и установка для изучения тепловыделения и накопления энергии в процессе дефор-мации облученных металлических мате-риалов.// Вестник НЯЦ. – 2000. – Вып.4. C.69-75.

Астафьев И.В., Максимкин О.П. // Заво-дская лаборатория. – 1994. – №1. – С.44-46

Shenogin S.V., Hhne G.W.H., Oleinik E.F. Thermodinamic of the pre-yield deformation behavior of glassy polymers: measurements with new deformation calorimeter. // Ther-mochimia Acta. 391. (2002). РР.13–23

Максимкин О.П., Гусев М.Н. Изменения напряжений течения и латентной энергии при деформации нержавеющей стали 12Х18Н10Т, облученной нейтронами.//

Письма в ЖТФ. – 2003. – Т.29. Вып.3. – С.1-7.

Самсоник А.Л., Сиренко Г.А. Поглощение энергии при деформировании иттрия и циркония // Металлофизика. – 1982. –

№10. – С.112–114.

Астафьев И.В., Максимкин О.П. Калори-метрическое изучение мартенситного – превращения при деформировании облученной нержавеющей Fe–Cr–Ni ста-

ли // ФММ. – 1994. – Т.177. №3. – С.166-168.

114 ПОЛЗУНОВСКИЙ АЛЬМАНАХ №1-2 2007

Похожие работы:

«Моделирование как метод познания. Классификация моделей. Информационные модели. Методы моделирования. Введение. Основные определения. В 1870 году английское Адмиралтейство спустило на воду новый броненосец "Кэптен". Корабль вышел в море и перевернул...»

«Электроаспиратор "БРИЗ-3". Надежность и удобство. Свидетельство об утверждении типа СИ RU.C.29.005. №53949. Регистрационный № 56344-14. Аспираторы серии БРИЗ-3 предназначены для отбора проб воздуха с целью определения содержания вредных веществ пыли, сварочных аэрозоле...»

«В Подмосковье обсудили вопросы качества гарантированного питания в школах. Министр потребительского рынка и услуг Московской области Владимир Посаженников: К сожалению, жалобы от родителей на уровень качества питания в школах – не редкость. Пресс-релиз По итогам обучающего семина...»

«4.6. Коллективные достижения обучающихся за 2014-2015 учебный год. 4.6.1. Международный уровень № Объединение Название конкурса Уровень Дата Результат 1 Хореографический коллектив "Пяти-Па", рук. Смирнова Т.Г. 17 Международный фе...»

«правитель современники термины Основные даты Василий III (1505 – 1533) ФилофейЕлена Глинская Юрий, Андрей Старицкий Иосиф Волоцкий Нил СорскийМаксим Грек Алевиз Новый Васко да Гама Магеллан Леонардо да Винчи "Москва – третий Рим" Присоединены территории: 1510 – П...»

«Приложение 1 ДОГОВОР № на проведение практики студентов высших учебных заведений на предприятиях, в учреждениях, организациях г. Санкт-Петербург"_" _ 2016 г. Частное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский Гуманитарный Институт" в лице ректора Уваровой Л.Ф., действующей на основа...»

«Вальцы механические – ВМH – 64-2Ву.Назначение изделия:Вальцы используют в ювелирном производстве для прокатки и вальцовки металлических заготовок с целью придания им необходимой формы. Наиболее расп...»

«Проект строительства многоэтажного жилого дома со встроенными коммуникациями обеспечения. МАРС – 2018. Суть предлагаемого проекта строительства многоэтажного дома заключена в использовании сил природы и знаний человечества для строительства дома с полным самообеспечением тепл...»

«Информация о программе "Жилье для российской семьи". В Брянской области реализуется федеральная программа "Жилье для российской семьи". Основные условия программы были утверждены постановлением Правительства Российской Федерации от 05.05.2014 № 404 "О некоторых воп...»

«ПриложениеУТВЕРЖДЕНО решением Совета депутатов МО "Урдомское" № _ от "_" _ 2017 года Нормативы градостроительного проектирования МО "Урдомское" Ленского района Архангельской области НОРМАТИВЫ ГРАДОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ МО "Урдомское" Ленского района Архангельской области Часть 1. Общие положения...»









 
2018 www.el.z-pdf.ru - «Библиотека бесплатных материалов - онлайн документы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 2-3 рабочих дней удалим его.