Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
В поликристаллических материалах с низкой симметрией отсутствует необходимое число эквивалентных систем скольжения для реализации легкого скольжения дислокаций. Вместо них начинают действовать другие системы скольжения (с большим сопротивлением решетки) или другие механизмы деформации, например, двойникование,
приводящее к увеличению напряжения, необходимого для деформации, и делающее эти материалы более склонными к разрушению. Несмотря на множество различных плоскостей, маловероятно, чтобы при комнатной температуре в а-плутонии одновременно действовало пять систем скольжения. Более того, обычно количество систем скольжения в монокристаллах а-плутония сильно ограничено. Поэтому понятно, почему поликристаллический а-плутоний является макроскопически хрупким при растяжении в условиях комнатной температуры и, как показано на рис. 2, пластическая деформация до его разрушения обычно менее 0,1%.
Хотя а-плутоний является относительно прочным при комнатной температуре (типичное значение предела прочности при растяжении составляет от 350 до 500 МПа), ограниченное число систем скольжения у него означает, что он оказывает небольшое сопротивление развитию хрупких трещин, образующихся при испытании на растяжение. Из-за невозможности аккомодировать пластическую деформацию путем скольжения а-плутоний склонен к образованию микротрегцин, которых практически невозможно избежать при затвердевании из-за больших объемных изменений, вызываемых фазовыми превращениями в процессе охлаждения. Разброс значений прочности а-плуто-ния составляет ±30% (см. рис. 2(6)) из-за различного количества микротре-гцин и их распространения. Кроме того, крупные зерна приводят к высоким концентрациям напряжений и большему количеству микротрегцин, которые снижают прочность так же, как и включения второй фазы, расположенные по границам зерен.
Наконец, поликристаллические материалы с ограниченным числом систем скольжения при пластическом деформировании имеют тенденцию к развитию сильной преимущественной ориентировки (или текстуры). В отличие от анизотропии упругих констант, которая слабо влияет на макроскопические механические свойства, текстура, или анизотропия пластичности, может приводить к значительным изменениям механических свойств, поскольку различные плоскости скольжения в
Number 26 2000 Los Alamos Science
347
Механические свойства плутония и его сплавов
вытянутых зернах имеют сильно различающееся сопротивление решетки скольжению дислокаций. Анизотропия пластических свойств преобладает, например, в гпу поликристаллах, и она может развиваться в деформируемом поликристаллическом а-плутонии, пока он деформируется с локализацией, достаточной для того, чтобы не возникали микротрещины и разрушение (как в процессе сжатия или выдавливания). Высокая степень текстурирования создавалась в поликристаллическом плутонии и при появлении напряжений в процессе |3^а превращения, как это отмечено в обзоре Нельсона (1980).
Хотя подробные эксперименты по созданию текстур в поликристаллических 6-фазных сплавах не проводили, предварительные данные показывают, что свойства гцк сплавов плутония очень похожи на свойства большинства других гцк сплавов и в них не развиваются сильные текстуры. Очень высокая анизотропия упругих свойств этих сплавов (см. рис. 3) не играет большой роли в пластической деформации - по всей вероятности потому, что сопротивление решетки при скольжении дислокаций очень мало и в гцк кристаллах имеется 12 равноценных систем скольжения.
Прежде чем рассматривать аномальную зависимость пластического течения плутония от времени, обсудим механизмы деформации, ожидаемые при различных температурах. При этом уделим особое внимание тому, как коллективное движение дислокаций определяет эти механизмы деформации.
Основы кинетики пластического течения в поликристаллических материалах
Прочность или напряжение, при котором твердое тело достигает предела текучести и начинается его пластическое течение, не является фиксированной. Она зависит от деформации, скорости деформации и температуры. На атомном уровне пластическое течение представляет собой кинетический процесс, при котором дефекты кристаллов, такие как вакансии в решетке и дислокации, перемещаются под действием напряжений сдвига. В свою очередь, эти
перемещения приводят к макроскопическим изменениям формы. Скольжение и переползание дислокаций уже рассматривались. К числу других процессов на атомном уровне, при которых дефекты перемещаются в веществе и вызывают деформацию, относятся диффузия отдельных атомов, диффузия и перемещение дефектов по границам зерен, приводящее к зернограничному проскальзыванию, механическому двойни-кованию и т. д. Какой процесс является преобладающим, зависит от гомологической температуры TITmi.
В теоретическом рассмотрении пластического течения Фрост и Эшби (1982) относят дефекты к “носителям” деформации, подобно тому, как электроны или ионы являются носителями заряда. И точно так же, как электрический ток пропорционален плотности и скорости электронов, скорость деформации, или скорость напряжения сдвига, у, пропорциональна плотности носителей деформации (главным образом дислокаций) и скорости, с которой эти дефекты перемещаются через зерна кристаллов.
