Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.
Скачать (прямая ссылка):
Number 26 2000 Los Alamos Science
355
Механические свойства плутония и его сплавов
Рис. 13. Дополнительное доказательство а^Ь превращения в условиях гидростатического растяжения
(а) Микроструктура литого Pu-Ga сплава содержит две фазы, что обусловлено ликвацией галлия в процессе охлаждения: сплошную a-фазу светлого цвета (тонкие темные линии внутри светлых участков являются наследственными границами зерен высокотемпературной в-фазы) и темного цвета островки 5-фазы. Структура отражает исходное состояние материала и характерна для участка, удаленного от места разрушения образца, испытанного при растяжении до разрушения, (б) В сечении, расположенном вблизи от места разрушения, видны темные полосы, пересекающие светлые области a-фазы. Эти полосы представляют собой участки 5-фазы, образовавшейся из a-фазы вблизи вершины трещины. На участках образца, расположенных в нескольких миллиметрах от места разрушения, продуктов превращения не обнаружено
включения (зачастую размером в десятки микрометров) и также не могут эффективно упрочнять материал. Карбиды, оксиды и нитриды представляют собой очень хрупкие включения и будут действовать как центры зарождения трещин при разрушении. Низкоплавкие эвтектические включения, например соединения плутония с железом Pu6Fe, плохо образуют контакт с 6-фазой и поэтому также будут служить центрами зарождения разрушения. К счастью, 6-фазные сплавы достаточно пластичны, чтобы умеренная концентрация таких примесей заметно снижала их сопротивление разрушению.
Заключительные замечания
Интересные примеры, рассмотренные в настоящей статье, были приведены для того, чтобы продемонстрировать разнообразие и сложность механических свойств плутония и его сплавов и заинтересовать будущих исследователей. Карта механизмов деформации, предложенная Фростом и Эшби и приведенная на рис. 7, представляет отличный инструмент для выявления важнейших особенностей, необходимых для
получения фундаментального представления о механических свойствах а-плу-тония и 6-фазных сплавов плутония. Мы очень мало знаем о фундаментальных свойствах дислокаций в моноклинной кристаллической структуре. Например, влияет ли необычная электронная структура а-плутония, проявляющаяся в восьми различных положениях атомов в решетке, на характер сопротивления решетки и другие характеристики дислокаций? Достигает ли предел упругости при абсолютном нуле температуры значительной доли теоретической сдвиговой прочности из-за увеличения сопротивления решетки при низких температурах? Играет ли двойникование доминирующую роль в деформации поликристаллического а-плутония при низких температурах или высоких скоростях деформации? Какова роль кристаллографической текстуры в деформации а-плутония и почему так легко создать значительную текстуру путем |3^а превращения?
Построение подробной карты механизмов деформации поможет количественно определить взаимосвязь между скольжением дислокаций и зернограничным проскальзыванием, установ-
ленную Мерцем и Нельсоном (1970). А лучшее понимание а^б превращения под действием напряжений в а-плуто-нии или в а + 6 сплавах поможет установить, достаточная ли энергия поглощается при таких превращениях, чтобы значительно повысить сопротивление разрушению. Следует подчеркнуть, что для большинства фундаментальных исследований очень важны монокристаллы, включая определение их упругих постоянных в широком диапазоне температур (см. статью “Упругость, энтропия и фазовая устойчивость плутония” на с. 210).
Для 6-фазных сплавов нам требуется количественное описание карты механизмов деформации, которое позволит, например, установить, описывается ли поведение этих сплавов в режиме скольжения дислокаций моделью механической пороговой прочности, разработанной в Лос-Аламосе Фоллансби и Коксом (1988). Поскольку карта для чистого алюминия (рис. 7) показывает, что стационарные скорости деформации очень мало меняются в зависимости от напряжения и температуры в этом режиме, мы ожидаем, что вызванное напряжением 6^a превращение в
356
Los Alamos Science Number 26 2000
Механические свойства плутония и его сплавов
сплавах плутония при низких температурах и высоких скоростях деформации приведет к значительному упрочнению в переходных условиях нагружения. Действительно, при превращении на карте механизмов деформации появятся новые переменные, связанные с поведением при превращении, а именно, знак приложенного напряжения и влияние компонента гидростатического напряжения. Ими обычно пренебрегают в случае скольжения дислокаций, так как скольжение происходит под действием сдвиговых напряжений, т. е. оно очень слабо зависит от гидростатического напряжения и совсем не зависит от знака сдвиговых напряжений. Эти эффекты будут также важны в условиях ударного нагружения, при которых приложенное напряжение вызывает большие гидростатические напряжения. Следовательно, вызванные давлением превращения могут подавлять механическую реакцию. Кроме того, торможение дислокаций, имеющее место в результате взаимодействия дислокаций с фононами и электронами (ожидается, что в режиме ударного нагружения эти взаимодействия доминируют), остается для плутония фактически неисследованным. Имеются области, в которых механические свойства 6-фазных сплавов плутония могут сильно отличаться от механических свойств других более стабильных материалов с гцк структурой.
