Пластическая деформация металлов - Хоникомб Р.
Скачать (прямая ссылка):
Образование точечных дефектов в металлах
241
деформации на третьей стадии кривые (включая кривую для необлученного образца) сближаются. Однако для образцов с очень большими дозами облу-
O 2 4 6 8 /0
Доза, Ютнейтрон/см г
Ф и г\ 10.13. Зависимость между дозой нейтронного облучения и напряжением T0 для кристаллов меди, измеренная при комнатной температуре [33].
чения кривые деформации остаются значительно выше по уровню напряжений, чем кривые для слабо облученных образцов.
2. Поликристаллы
Имеется много экспериментальных результатов, показывающих, что при облучении нейтронами поликристаллических агрегатов достигается существенное увеличение прочности и величина эффекта сильно зависит от дозы
!
fa
І
1
28
2}
14
Об S I . лученная дозой to нейтрон/см 2
Иеоолу /енная
ю
20 ЗО
Удлинение, %
40
50
Фиг. 10.14. Кривые напряжение — деформация для облученной и необлученной поликристалл ичес ко й^медп^ (Ma кин).
облучения и температуры, при которой оно производится. Наиболее сильное влияние облучение оказывает на напряжение начала течения (фиг. 10.14) и часто приводит к появлению зуба текучести. Например, в алюминии, меди
16-1235
242
Глава 10
и других гранецентрированных кубических металлах после облучения появляется зуб текучести; в противоположность этому в сталях и в молибдене, в которых имеется зуб текучести, обусловленный влиянием примесей внедрения, облучение часто его устраняет. Предел прочности на растяжение при облучении также повышается, но не в такой степени, как предел текучести, в результате чего отношение предела текучести к пределу прочности часто изменяется в неблагоприятную сторону. Повышение предела текучести и предела прочности подчиняется параболической зависимости от дозы облучения; насыщение наступает при дозах порядка 1020—1021 нейтрон/см2, но следует подчеркнуть, что конкретное значение прочности, достигаемое при облучении в том или ином металле или сплаве, весьма сильно зависит
Фиг. 10.15. Влияние нейтронного облучения в интервале температур 160—200° С на
переход стали с 0,2% С из вязкого в хрупкое состояние [48]. 1 — необлученный материал; 2 — облучение дозой 2,7-1018 нейтрон/см2; з — облучение дозой 1 -10" нейтрон/см2; 4 — облучение дозой 1-10" нейтрон/смг,
от процедуры облучения, особенно от температуры, достигаемой образцом. В общем, чем ниже температура облучения, тем больше наблюдаемый эффект упрочнения.
В объемноцентрированных кубических металлах — железе, молибдене и др.,— которые подвержены хрупкому разрушению ниже критической температуры (гл. 15), облучение нейтронами повышает температуру перехода из вязкого в хрупкое состояние [35, 36]. Этот воп])ос представляет значительный практический интерес, поскольку стали являются важным конструкционным материалом для сооружения реакторов. Величина эффекта для стали с 0,2% углерода показана на фиг. 10.15, из которой видно, что доза 1020 нейтрон/см2 вызывает повышение температуры перехода из вязкого в хрупкое состояние от —30° G до примерно +80й С (гл. 15). Подобные эффекты наблюдались на молибдене: облучение дозой 1020 нейтрон/см2 делает металл совершенно хрупким при комнатной температуре [36].
Облучение урана вызывает более сложные эффекты, которые отчасти объясняются анизотропией физических свойств кристаллов урана (гл. 12) и, кроме того, наличием продуктов процесса деления. Под облучением кристаллы а-урана претерпевают сильные искажения, а в поликристаллических агрегатах, имеющих преимущественные направления роста кристаллитов, могут происходить заметные размерные изменения, которые связаны с дозой нейтронного облучения следующим соотношением:
где I — мгновенная и I0 — начальная длина образца, / — доля атомов, подвергшихся делению («выгоревших»), G — коэффициент роста.
Изменение длины урановых стержней происходит также в результате периодического изменения температуры (гл. 12), которое неизбежно в реак-
n
Z = Z0exp (G/),
(10.5)
Образование точечных дефектов в металлах
243
торе. Комбинация указанных явлений может привести к серьезным трудностям при проектировании реакторов. Увеличение размера кристаллов вследствие нейтронного облучения пока еще не имеет удовлетворительного объяснения, но существующие теории разделяются на две группы. Одна группа теорий привлекает для объяснения изменения размеров анизотропное движение точечных дефектов, образуемых при облучении, тогда как другая группа рассматривает это явление с точки зрения анизотропии процессов деформации скольжением и двойникованием.
Продукты деления содержат широкий набор элементов промежуточных атомных номеров, включая инертные газы ксенон и криптон. Уран становится пересыщенным этими газами, которые образуют очень маленькие пузырьки [37]. Если облучение проводится при высокой температуре (выше 600° С), то газовые пузырьки делаются крупнее и вызывают заметное изменение объема образца, которое называется разбуханием. Нейтроны взаимодействуют с другими элементами, образуя инертные газы; например, в содержащих бор сталях радиационные повреждения вызываются появлением гелия, что также является практически важным вопросом, поскольку бор обладает большим сечением захвата нейтронов и добавляется в сталь с целью получения подходящего материала для изготовления регулирующих стержней ядерных реакторов.
