Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
(Г)
(д)
(ТОО)
' 0,5 мм
(г) Показана деформация при сжатии (при комнатной температуре) бруска из монокристалла а-плутония высокой чистоты, выращенного под давлением в Аргоннской национальной лаборатории (Аргонна). На отполированных поверхностях видны следы скольжения. Микроструктуры размещены таким образом, что следы деформации на поверхностях А и В совмещены по ребру бруска, (д) Стереографическая проекция полюсов плоскостей, по которым наблюдалось скольжение в процессе проведения экспериментов на монокристаллическом и поликристаллическом а-плутонии в Аргонне (Liptai, Friddle 1970) и Лос-Аламосе (Bronisz, Tate 1967). При такой проекции грань куба параллельна плоскости проекции, оси х и у лежат в плоскости проекции, так что полюса плоскостей (100) и (001) находятся на базисном круге, а ось z перпендикулярна плоскости проекции, так что полюс плоскости (010) находится в центре круга
риментов, показанные на рис. 6(д), ока- ожидалось, что а-плутоний будет вести
зались совершенно неожиданными. По- себя как металлы с гпу структурой, ке-
скольку структура а-плутония подобна рамики и минералы с низкой симметри-
искаженной гексагональной решетке, то ей. В частности, ожидалось, что сколь-
жение будет проходить по плоскостям одного семейства, а именно, по плоскостям (020), которые в моноклинной а-решетке являются самыми плотноупа-
346
Los Alamos Science Number 26 2000
Механические свойства плутония и его сплавов
кованными и единственными атомными плоскостями, близкими к плоским (см. рис. 6(а-в)).
Совершенно удивительным было то, что в монокристалле а-плутония, расположенном в различных направлениях, при деформации сжатием в условиях комнатной температуры (образцы монокристаллов были слишком малы, чтобы их можно было испытывать на растяжение) было обнаружено скольжение по многим различным плоскостям, хотя преимущественно по одной плоскости для данной ориентировки. Также были выявлены волнистые полосы скольжения, свидетельствующие о том, что скольжение проходило по нескольким плоскостям в одном направлении (как это часто имеет место в оцк металлах).
Во многих металлах двойникование становится преобладающим механизмом деформации, когда скольжение затруднено. Поэтому наше предположение, что скольжение затруднено по плоскостям, отличным от (020), позволило считать, что двойникование является преобладающим типом деформации в а-плутонии. Однако двойникование наблюдали лишь в единичных случаях при комнатной температуре, и оно было расценено как механизм деформации, не являющийся существенным. Кроме того, было установлено, что большинство монокристаллов а-плутония являются достаточно хрупкими (<1% пластической деформации) при сжатии, в то же время некоторые образцы растягивались на 13-16%. Для сравнения, правильно ориентированный гпу монокристалл магния может растягиваться при комнатной температуре в ленту длиной в 4-5 раз больше его исходной длины при сдвиговых напряжениях всего лишь 0,7 МПа, тогда как монокристаллы бериллия и титана, имеющие также гпу структуру обнаруживают лишь ограниченное скольжение при очень высоком уровне сдвиговых напряжений (35-110 МПа).
Ясно, что необходимо провести много экспериментов на монокристаллах, чтобы понять механизм скольжения и основу поведения дислокаций в моноклинном а-плутонии. Кроме того, моделирование с использованием реальных межатомных потенциалов должно
сопровождать основные эксперименты. Например, хотелось бы понять, влияет ли “собственный интерметаллический” характер а-плутония, описанный в работе Лоусона и др. (1996), а именно то, что в элементарной ячейке имеется восемь совершенно разных атомов различных размеров (см. рис. 6(а-в)), на задействование различных плоскостей скольжения, как это показано на рис. 6(д).
Эффекты низкой симметрии кристаллов в поликристаллических образцах. При определении механических характеристик поликристаллических металлов очень важным является количество действующих систем скольжения и относительное сопротивление решетки различным системам скольжения. Каждое отдельное зерно в напряженном поликристалле испытывает сильное сдерживающее влияние окружающих его зерен различной ориентировки, поскольку суммарные силы сцепления, удерживающие зерна вместе, препятствуют раскрытию пор и трещин. Следовательно, напряжения концентрируются у границ и в тройных точках зерен. Эти напряжения могут быть ослаблены только при очень сложных видах деформаций, включающих системы множественного скольжения в пределах зерен. Г. И. Тейлор (1934) показал, что должно действовать не менее пяти независимых систем скольжения (или другие виды сдвиговой деформации), чтобы сохранялась целостность поликристаллического материала. Поскольку очень высокая симметрия гцк кристаллов приводит к образованию 12 равноценных систем скольжения (четыре равноценные плотноупакованные плоскости и три плотноупакованные направления в каждой плоскости), то для материалов с гцк структурой, таких как 6-фазные сплавы плутония, эти требования легко выполняются, а поэтому они обладают высокой пластичностью.
