Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
Термический отжиг неравновесных точечных дефектов: Дефекты внедрения (интерстиции) '0,02 Tnn
Ограниченная миграция вакансий ~ 0,2 Гпл
Объемная миграция вакансий >0,45 Tnn
Термический отжиг дислокационных структур* ~о,згпл
Рекристаллизация сильно деформированных микроструктур ~0,3-0,5 Tm
Гомогенизация сегрегированных микроструктур >0,5 Tnn
Рост зерен >0,5 Tnn
*Металлы с высокой энергией дефектов упаковки, например алюминий, показывают значительный отжиг (уменьшение плотности дислокаций) при температуре ниже 0,33 7~пл, в то время как такие металлы, как медь, имеющая более низкую энергию дефектов упаковки, показывают небольшой отжиг перед рекристаллизацией.
что уравнение Аррениуса для скорости самодиффузии (D = ?>0ехр(-(2//:вГ), где Dq - константа, Q - энергия активации самодиффузии (образования и миграции вакансий), обеспечивает хорошее согласие с большинством измеренных значений диффузии в твердых телах, если его переписать в виде зависимости от гомологической температуры: D = DqQxp(-К/(Т/Гпл) . Они установили также, что наряду с зависимостью от гомологической температуры скорость диффузии, в частности параметр активации Ky зависит от кристаллической структуры. Кажется вполне разумным, что энергии активации образования и миграции вакансий должны зависеть как от гомологической температуры, так и от упаковки атомов (кристаллической структуры). Они заявили также о корреляции с валентностью, однако это звучит менее убедительно.
Как показано в табл. II, многие металлургические процессы, определяющие микроструктуру, находятся в строгой зависимости от гомологической температуры. Для металлов и сплавов с многочисленными фазовыми превращениями Арделл (1963) отметил, что гомологическая температура зависит от эффективной или виртуальной температуры плавления низкотемпературных фаз, а не самой высокотемпературной фазы. Эффективная температура плавления определяется построением метастабильных диаграмм свободной энергии, в которых кривые свободной энергии низкотемпературных фаз
продлевают до более высоких температур, а кривые жидкости экстраполируют на более низкие температуры. Эффективной температурой плавления фазы является температура, при которой свободные энергии жидкой и низкотемпературной фаз равны. Эта поправка особенно существенна в случае металлов с низкотемпературными фазами, которые имеют температуру плавления, далекую от реальной. Например, для а-урана, а-титана и а-циркония эта поправка понижает эффективную температуру плавления на -200 К. Нельсон, Биерлин и Боуман, пользуясь методом Арделла, показали, что эффективная температура плавления для 6-плу-тония понижается всего на 52 К, в то время как для а-плутония - на 360 К. Следовательно, при расчете традиционными методами комнатная температура составляет 0,33 от абсолютной температуры плавления плутония. С учетом эффективной температуры плавления фаз она равна 0,35 для 6-плутония и 0,53 для а-плутония. Варианты поправок рассмотрим позже.
Фазовая устойчивость. В результате фазовых превращений прежде всего изменяется кристаллическая структура и происходит соответствующее изменение объема. В таких металлах, как чистый алюминий, это не является проблемой, поскольку изменением давления или температуры невозможно заставить алюминий кристаллизоваться в какую-либо другую структуру,
кроме гцк. С другой стороны, в железе при атмосферном давлении могут формироваться гцк и оцк решетки, а при повышенном давлении - гексагональная. В течение тысячелетий металлурги и мастеровые извлекали пользу из превращений в железе, чтобы придать полезные свойства железу и стали. Как в алюминии, так и в железе некоторые фазы можно сохранить при комнатной температуре путем легирования, то есть введением химических элементов. Добавки меди, магния, кремния, цинка, лития и других элементов в алюминий помогают стабилизировать фазы с различными кристаллическими структурами. Если такие фазы формируются в виде микроскопических выделений, то прочность чистого алюминия значительно повышается. Упрочнение металлов и сплавов путем регулирования количества, размера и формы второй фазы составляет основу термообработки. Авиационная, автомобильная промышленность и производство спортивного инвентаря зависят от такой обработки. Аналогичным образом были получены сплавы железа с углеродом и другими элементами, чтобы изготовить стали с заданными структурой и свойствами.
Рассмотрев наиболее важные свойства материалов, представляющие непосредственный интерес для металловедов, перейду к обсуждению того, что нам известно об этих свойствах в плутонии и его сплавах. Подробно остановлюсь на высокой фазовой нестабильности плутония, на необычных фазовых превращениях и их влиянии на микроструктуру. В статье “Механические свойства плутония и его сплавов” на с. 338 сделан обзор влияния этих необычных свойств на механические характеристики, включая необычное взаимодействие между напряжением (или деформацией) и фазовыми превращениями в плутонии.
Фазовая нестабильность плутония и его сплавов
Понимание фазовой нестабильности плутония и его сплавов имеет важное значение. Плутоний нестабилен по отношению к почти любому внешнему воздействию. В данном разделе я про-