Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
интервала существования a-фазы и в области (5-фазы, т. е. при очевидно низких гомологических температурах.
Было показано, что зернограничное проскальзывание играет огромную роль в деформации мелкозернистого а- и 15-плутония. Такая пластическая деформация включает сдвиг по границам зерен, перемещение зерен, некоторое скольжение и переползание дислокаций и диффузионное течение (схематически показанное на рис. 8), так что зерна могут внести вклад в изменение формы. Для большинства металлов и сплавов зернограничное проскальзывание и диффузионное течение становятся преобладающими процессами деформации при условии, что скорости деформации невелики, зерна очень малы и температуры составляют около половины
температуры плавления. Эти механизмы зачастую приводят к перегруппировке зерен, обуславливая очень небольшое деформационное упрочнение или изменение формы зерен. Такие механизмы могут привести к “сверхпластичности”, при которой удлинение составляет несколько сот процентов. Такое поведение наблюдалось в мелкозернистых (с размером зерна порядка микрометра) сплавах свинца и таллия при комнатной температуре, а также в сплавах алюминия, которые испытывали при температурах, составляющих больше половины их температур плавления.
Мерц (1971, 1973) изготовил поли-кристаллический а-плутоний, экструдированный и рекристаллизованный таким образом, что получил очень мелкие зерна диаметром от 1 до 3 мкм (обыч-
но размер зерен a-фазы составляет 20-50 мкм). При испытании на растяжение этих образцов при комнатной температуре было получено удивительное удлинение в 8% до вязкого разрушения (см. рис. 10(6)). При более высокой температуре (108 0C) этот материал показал удивительную пластичность, удлинившись до разрушения более чем вдвое по сравнению с исходной длиной. Здесь следует заметить, что если преобладающий механизм деформации меняется со скольжения дислокаций на зернограничное проскальзывание, соотношение между прочностью и размером зерна становится обратным. При деформации путем скольжения дислокаций более мелкие зерна увеличивают прочность, так как границы зерен являются дискретными препятствиями для перемеще-
352
Los Alamos Science Number 26 2000
Механические свойства плутония и его сплавов
Скорость деформации є ( мин 1)
Рис. 11. Упрощенная карта деформации для а-плутония
Упрощенная карта деформации для а-плутония в области температур существования а-фазы при средних скоростях деформации была предложена Мерцем (неопубликованное исследование, проведенное в Тихоокеанской северо-западной лаборатории). Преобладающими являются оба процесса скольжения (путем скольжения дислокаций и зернограничного проскальзывания). Более высокая температура, более низкие скорости деформации и меньшие размеры зерен благоприятствуют зернограничному проскальзыванию. Указана деформация, необходимая для динамической рекристаллизации (врк), при трех температурах
ния дислокаций, а для зернограничного проскальзывания мелкие зерна облегчают скольжение, поскольку площадь поверхности границ зерен больше, и снижают прочность. Однако при высоких скоростях деформации мелкие зерна оказывают упрочняющий эффект, так как диффузионные процессы, участвующие в скольжении границ зерен, не успевают проходить.
Мерц и Нельсон (1970) также показали, что динамическая рекристаллизация, схематически показанная на рис. 9(г), может проходить в а-плутонии одновременно с зернограничным проскальзыванием. При рекристаллизации понижается энергия деформируемого материала за счет перегруппировки дефектов, образовавшихся в процессе деформации, при этом формируются совершенно новые зерна. В а-плутонии деформация, приводящая к динамической рекристаллизации, должна проходить в строго определенных условиях (например, экструзии), чтобы материал не разрушился при растяжении. Мерц и Нельсон экструдировали а-плутоний вверху области температурной устойчивости и обнаружили, что лишь от 3 до 14% деформации приводит к динамической рекристаллизации. Карта деформаций Мерца (рис. 11) показывает, что как скольжение дислокаций, так и зернограничное проскальзывание, сопровождаемое диффузией, играют огромную роль в деформации а-плутония. Кроме того, установлено, что динамическая рекристаллизация происходит даже при комнатной температуре, если имеет место очень большая степень деформации. Карта, показанная на рис. 11, не использует ряд строгих положений, разработанных Фростом и Эшби (рис. 9). Тем не менее она может быть полезна при изучении деформации а-плутония.
В (3-фазе условия, благоприятствующие зернограничному проскальзыванию (низкая скорость деформации, высокие температуры и небольшой размер зерен), имеют еще большее значение. Мерц показал, что если (3-фаза образуется из а-фазы (т. е. сначала при охлаждении образуется a-фаза, а потом при повторном нагреве - (3-фаза), то размер зерен в ней составляет 5 мкм, она является сверх-пластичной и имеет семикратное удлинение по отношению к исходной длине.
Напротив, (3-плутоний, образованный из у-плутония, имеет зерна размером от 50 до 500 мкм и удлиняется перед разрушением только на 5%.
