Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
самым увеличивая предел текучести, или мгновенное сопротивление скольжению дислокаций. Этот процесс, известный как деформационное упрочнение, может привести к увеличению предела прочности гцк металлов в несколько раз, прежде чем наступит вязкое разрушение металла (см. рис. 1). Подобным образом в процессе испытания на растяжение ведут себя как 6-фазные плутониевые сплавы, так и алюминий, см. рис. 2(a).
Number 26 2000 Los Alamos Science
349
Механические свойства плутония и его сплавов
(а) (б)
о о
Рис. 8. Ползучесть при низких гомологических температурах
Низкотемпературная ползучесть (при 777~пл < 0,3) контролируется преимущественно скольжением дислокаций под действием напряжений сдвига (oCRB) на плоскостях плотной упаковки. Скольжение может быть ограничено собственным сопротивлением решетки (напряжением Пайерлса), как показано на рис. (а). Это сопротивление чрезвычайно низкое (<10-5 модуля сдвига) для большинства гцк металлов при всех температурах и достаточно низкое для металлов с оцк и гпу структурами при повышенных температурах. Скорость движения дислокаций определяется возможностью дислокаций образовывать центры нуклеации и перемещать изломы или перегибы линии дислокаций, показанной на рис. (а). Протекание этого процесса сильно затруднено в оцк металлах при температурах ниже 777~пл = 0,15. Следовательно, напряжение пластического течения металлов с оцк структурой резко возрастает ниже этих температур. Обычно сопротивление решетки низкосимметричных кристаллов значительно меняется в разных плоскостях скольжения, (б) Пластическое течение в гцк металлах контролируется преимущественно взаимодействием дислокаций с отдельными препятствиями (другими дислокациями, точечными дефектами, растворенными атомами, границами зерен, частицами второй фазы и включениями). По мере повышения температуры в оцк и гпу металлах упрочнение в результате взаимодействия с препятствиями начинает преобладать над упрочнением в результате внутреннего сопротивления решетки. Схематически показанные линии скольжения представляют собой сдвиги поверхности, вызванные скольжением сотен ТЫСЯЧ отдельных дислокаций. (Воспроизводится с любезного разрешения М. Ф. Эшби)
Легирование такими элементами, как алюминий или галлий, также создает сопротивление типа трения в скольжении дислокаций. Растворенные атомы этих элементов представляют слабые препятствия движению дислокаций и, следовательно, лишь умеренно упрочняют гцк кристалл. Однако увеличение концентрации растворенных алюминия или галлия все же приводит к дополнительному упрочнению, что и наблюдается в экспериментах. Металлы с гцк структурой можно значительно упрочнить также введением дисперсных частиц или за счет выделения второй фазы. Степень упрочнения зависит от прочности частицы, ее размера и расположения, что обуславливает возможность дислокации упереться в частицу или необходимость обойти ее. Вообще, чем прочнее частица и выше дисперсность, тем больше упрочнение. Например, крупные включения второй фазы дают небольшой вклад в упрочнение металлов с гцк структурой, поскольку у дислокаций не возникает эффективного взаимодействия с такими частицами.
В условиях низких гомологических температур преобладает деформационное двойникование, особенно когда сопротивление решетки скольжению дис-
локаций становится значительным, как это имеет место в оцк и гпу кристаллах при низких температурах. Двойникование чувствительно к знаку напряжений сдвига, в то время как скольжение дислокаций - нет. Хотя при комнатной температуре в а-плутонии наблюдалось небольшое двойникование, ожидается, что двойникование должно быть преобладающим механизмом деформации при температуре ниже комнатной.
По мере повышения гомологической температуры начинают преобладать атомные процессы, отличные от скольжения дислокаций и двойникования -в частности, совместное скольжение и переползание дислокаций, диффузия отдельных атомов и скольжение границ зерен с образованием относительных смещений зерен (с участием диффузии и перемещения дефектов на границах). Рис. 9 иллюстрирует несколько таких механизмов, а также процесс динамической рекристаллизации.
В условиях взрывного или ударного нагружения (обычно при скоростях деформаций >106/с) дислокации могут выходить на режим “торможения дислокаций”, при котором их скорость ограничивается взаимодействием с фононами или электронами. Контролируемый торможением режим для большин-
ства металлов, включая плутоний и его сплавы, изучен недостаточно.
Этот очень краткий обзор кинетики пластического течения показывает, что атомные процессы контролируют скорость макроскопических сдвиговых деформаций и что основную роль играет микроструктура. Более полное изложение читатель может найти в работах Фроста и Эшби (1982) и Кокса и др. (1975).
Аномальная чувствительность а-плутония к скорости деформации
Механическая прочность поликри-сталлического нелегированного плутония в состоянии а- и (5-фаз сильно зависит от температуры, как показано на рис. 2(6). Мерц и Нельсон (1970) показали, что поликристаллический а-плутоний также намного более чувствителен к скорости деформации при температурах, близких к комнатной, чем это вначале предполагалось (см. рис. 10(a)). Их результаты послужили первым очевидным доказательством того, что механизмы деформации, в дополнение к скольжению путем перемещения дислокаций, начинают действовать в верхней части температурного
