Динамическое деформационное старение железа и некоторых железохромоникелевых сплавов, подвергнутых радиационному воздействию тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК РКСЗУОЛПКП КАЗАХСТАН ЗЗЗЯКО-ТЕХНПЧЕСКЕЙ КНСГПГГУТ

Г Г 6 ОД "... 15а>

пь :-рзг1Т руахгзсв

САКБАЕВ МАКСИМ ЖАИОВИЧ

ДИНАМИЧЕСКОЕ ДЕФОРМАЦКОШЮЗ СТАРЕНИЕ ЖЕЛЕЗА Я НЕКОТОРЫХ ЖЕЯЕЗОХРОМОШ1КЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ, ПОДВЕРГНУТЫХ РАДИАЦИОННОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ.

Спгцяальяссть: 01.0107 - Физика тнзряого тел а

Атггора'зерат дгсссртоцщ! на сскскезаб уч-той степеяп кандидата фпзпко-математапсскпх паук

АЯНАТП, ДГ04

Работа 1шпс.!л;с:;а ь Нисхктуте ПАН РК.

Научный рукогадгпгсль: кшццщат тсхлзгчееких наук Максяшиш О. II.

Ведущая сргаакэапм:

Казйхсгн2 Государственный Тезшзчиатй Университет Офлаг.злипгв кзапскты:

доиго^ фй5з;:а~ь;ггс&атичесюс: лвух Пятклстсв Ю. С. Ъымш"''* ф^2йЕ.7-ыагекатнчесхих паук Кислгалт С, Б.

Уагалте состгатся Л-'СШ Ю94 г. на заседании Специализиро-

шгяэл С^геха Д53.03.03 при Физико-Тсхкическоа Институте НАН РК (4'6Шг2. Ладош, 82, ФТП НАН РК).

С диссертацией ызжио ознацзшгтьсг в бкЗшготско Института Ядзрной Физия НЯЦ РК.

Автореферат разослан "АЛ»О/Ц*ели 1991Г.

упеньзЗ секретарь Специалнзи-рег^лааго Ссзетгц кандидат фяз2ао-кэтша,тЗ"дсаак йаугг"^ Зитеибаев М.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время одной из глобальных проблей для общества является энергетики и существенную роль в ее решении отводят конструированию и эксплуатации атомных и термоядерных реакторов. Надежность работы этих энергетических устанопок во многой зависят от степени радиационной стойкости конструкционных материалов. Всаязн с этим актуальной задачей современной радиационной физики и материаловедения являете: разработка научных ссиоз для создания ра-диациошшетойких материалов с заданными свойстзамн, сохраняющими в физико-механические характеристики в жестких условиях зксплуатгщин. Если ранние работы в этой области были направлены в основной на определение пределов радиационной стойкости изучаемых сбъектоэ, то в последние годы все более широко развиваются исследования но выяснению физической природы наблюдаемых эффектов. Несмотря на то, что в это:: направления достигнуты определенные успехи, практически открытой остается такал важная проблема, как комплексное изучение механических евпйстз металлических матерналоз, облученных ядерными частицами и кептлтал-ных в тешгературзо-скоростиой области проявления зффзкта динамического деформационного старения (ДЦС).

К настоящему времени есть все основания полагать, что особенности изменения прочностных и пластических свойств материалов, подвергнутых радиацнонноиу воздействию, в области ДДС во многой определяются процессами термоактивнрезаипен миграции прииеспш: атомов к подвижным дислокациям, блокировкой последних, а также с негоиогенкей пластической деформацией. Однако по данному гопросу имеется весьма ограниченное количество экспериментальных данных, в которых чгсто ке принимаются во внимание процессы раииеЯ локалнзацдн деформации н эффект Портевсн?-Ле Шателье (ЭПЛШ), связанный с образованием зубчатости на диаграммах растяжения, и теп: более редки работы, рассматривающие яо.здейстэис облучения па это фактически вадпое явление. Кроме того, ие известны сравнительные данные по изменению механических свойств и характера пластической деформация при ДДС в материалах, облученных и непосредственно после этого испытанных при сопоставимых условиях.

Таким образом, получение систематизириганпых экспериментальных данных, направленных па изучение з&хсномсуьостей ДДС к облученных нет аллах и сплавах п, в частности, на исследование .чггсногсикоаи пластического течения я изиепеияя механических свлГгств, яя.чяется дктузль-шй задачей как с научней, так и с практической точки зрения.

Диссертация послащена экспериментальному исследованию и: нил характеристик прочности л пластичности, а также особенностей цессов деформации при динамическом деформационном старешш мот и сплавов, облученных нейтронами и а-частицадш.

Цель работы:

« изучить влияние облучения нейтронами в легирования гелием ! рактеристнкн прочности и пластичности железа и железохромс левых сплавов, испытанных в широком интервале температур ] ростсй деформации;

о изучить особенности эффекта Портевена-Ле Шателье в облуче металлических материалах;

в нссле;;озать закономерности и механизмы пластической дефорх к.-сблучспнш. и облученных металлов и сплавов в температ скоростной области проявления ДЦС. Определить энергии актш процесса, отготственных за протекание ДДС в облученных мат

лаа.

OoaCKTi» ксслддоааиий. Исследовали полукристаллические мо 1ше и проюлшлегаша материалы с ГЦК м ОЦК решетками: ли армко, аустсиятнуго нержавеющую сталь 12Х18Ш0Т, высоконит сплав 03Х20Ш5М4ЕРЦ.

Методика ксследопанця. Облучение материалов нейтронами п дидл d экспериментальных каналах активной зоны реактора ВВР, а розание гелием на изохронном циклотроне У-150 НЯЦ РК. Механич испытания па растяжение осуществляли на автоматизированных уст ках: модифицированной маппше "lustioa-ilSS" (Англия) и иа специа рованной разрывной машине, размещенной в "горячей" каморе. Для чения особенностей пластической деформации при динамическом деф< ЦНОШ1ЭИ старении наряду с металлографическими исследованиями н: кроскопах "МЕР-2" (Австрия) л "Standart-20" (Германия) ислользс специально разработанный олтнко-элекгронный экстензоыетр и мик; лориметр Кальве (Франция). Сбор и обработку экспериментальных да проводили на компьютере IBM PC/AT с помощью разработанного в ФТИ АН РК программного обеспечения.

Научная новизна. В настоящей диссертации впервые;

1. Проведено систематическое исследование явления динамическог формационного старения в облученные материалах и получены э римеитальные данные об изменении характера й интенсивности

цесса ДДС нелсза л Еелезохромоиикелевых сплавоз в зависимости от типа и флязенса бомбардирующих чзстнц, температуры я скорости растяжения. Определены зффеэтипяко энергии активации процесса ДДС.

2. Установлено, что з тсмперат)гр1го-скоростион интервале ДДС и исследуемых облученных материалах пластическая деформация lie яиляетса однородно:"!, а локализуется в полосах Портезена-Ле Шателье (ПЛШ). Определены ширина фронта полосы, деформация и скорость деформации в полосе, скорость переиешглшя фронта, а такта зависимость этих параметров от степени дефорназдш. Изучено влияние облучения нейтронами П"- параметры деформационной полосы а стали 12Х18Я10Т.

3. Полнены эгснеримспталыше данные о механических сгойстаах и характере пдгсшческоЛ деформации в облучеиних гелгзя, стали

. 12X18II10T п еллгео 03Х20Ц45М4БРЦ, истатглиых с различными скоростями растяясття п широком интервале температур. Постлало, что п результате радиационного поздс-Лствяя происходит изкеяалне тзрмо-скоростишс грзшщ протекания ДДС.

4. Разработай я использован р.тд методик:

а механических испытаний образцов с пысааой нападение"! рзд;:о:>л-тивиостыэ (до 10 Кюри);

1 исследования пегомогепиой пластической деформации с помощью оптико-злггетрешюго зкстетсметра и гпарсяЕЯортшзтра;

в автоматизации процесса сбора и обработки згсссрикентальноЯ информации;

о равномерного объемного легирования гелием н.г цкхлотрогга одновременно и п одниакоэьхх условиях большого количества образцов для механических испытаний.

Прг.тгтггеасаая поягтесть розультатап, Результата, ггриЕедениыз з диссертации, могут быть кстгальзоггшл при:

1. разр25отаз физичсс^'х сотсэ для создапля и при подборе раднациэп-гсстс:!:псс пеггетругшненп? тх натсрггаДсэ для атомных и тсриолдерш.гх резлтeperj

2. разргботтэ теории плястичсспсй деформации и никроразрушения облученных металлических материалов;

3. оценке влияния ядерных реакция типа (в,а) на радиационную стойкость конструкционных материалов;

4. планирований производства и эксплуатации в температурой - скоростном интервале крогсканля ДДС деталей ядерных энергетических установок, выполненных из указанных материалов.

Осцовпцс полажелия диссертации, выпоенные «штором на защиту:

1. экспериментальные данные о влиянии типа и флюенса облучения, температуры и скорости испытания на механические свойства и параметры ДДС железа, стали 12X18H1QT и сплава 03Х20Ш5М4БРЦ;

2. результаты исследования влияния радиационного воздействии на проявление эффекта ПЛШ и параметры неоднородной пластической де-фориации цри ДДС перечисленных выше материален;

3. fifina^imioo и программное обеспечение механических испытаний ра-даоаетшигмх маториалоа при температурах 230-ООО К и скоростях де-О-'^иашн! 10"- - ICTV.

Структура даессртааци. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Она содержит КЗ страниц машинописного текста, 47 рисунков, 12 таблиц и список литературы нз 100 намлюийййинй.

Апробация рл&оцл. Основные результаты, ираасдаииые в диссертации, дэдоасены па ссесоюзнои семинаре "Методика ы техника реакторных к послераакторных зясясркмедтод в радийщюшюм материаловедении" (г. • Димнтровград, 20-21 сентября 1533 i'.}, на 1-й Региональной конференции республик Средней Азии и Казахстана "Радиационная физика твердого те-Л'л" (г. Самарканд, 1991 г.), на 2-ом межотраслевом совещании "Радиационная физика твердого тела" (г. Селастополь, 1-6 июня 1591г.), на 2-й международной конференции "Радиационное воздействие на материалы ТЯР" (г. Санкт-Петербург, ссптдбрь 1902 г.) и иг. V-м Межгосударственном семинаре "Радиаилонная повреждаемость и работоспособность конструкционных материалов" (Сашл-Петербург, 14-10 сентября 1093 г.).

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 14 работ.

СОДЕРЖАНИЕ ПО ГЛАВАМ

Во дведешш показана акт^инышсть тепы ксследолаиня и сформулирована цель диссертационной работы. Приведены основные положения, выносимые автором на защиту, указана практическая важность полученных результатов и их научная новизна.

3 пердол глаге дан краткий обзор современных нреястазлеллй о природ* динамического деформационного старения, к.тк о многостадийном процессе, связанном с блокировкой повинных дяслокапчй атомами припас» (от образования атмосферы примесных атомов до выделений второй фазгд), и рассмотрены наиболее распространенные модели этого явления. Представлены основные результаты ко исследованию ДЦС к его влиянию на механические свойства, различных металлических материалов с О ЦК и ГЦ1\ решетками. Обсуидена корреляция между интенсивностью процесс. ЛДС и такими параметрами, как скорость л температура /деформирования, концентрация примесей апедрення и замещения. Рассмотрены экспернмелтяль-данные, свидетельствующие о протекании негомогезшой пластической деформации в области проявления эффекта ДЦС. Из анализа литературных данных л соответствующих работ по ДЦС с формулированы оснод-пыз критерии и признаки его проявления. Отмечается, что прзхтичгскл все имеющиеся данные по ДДС относятся к нсоблученным материалам и, кроме того, отсутствуют систематические исследования закономерностей этого явления в отечественны!: сталях и сплавах, применяемых з ядерной энергетике. В заключении первой главы формулируется постановка задачи диссертационной работы.

Во второй главе обосновал зы5ор объектов исследования и приваде;! их элементный состав, а такяоз условия термообработки и облучения образцов. Описаны методики механических испытаний рЗлучешшх материалов с применением специально разработанных приспособлений, позволившие: а) проводить растяжениеобразцов железа, аустеплтло;1 стали 12Х1>Ш10Т н высохоникелевого сплава 03Х20Н45М4БРЦ, подвергнутых радиационному воздействию, з интервале температур 233-000 К; 0) автоматизировать процесс сбора п обработки экспериментальной информации па база компьютера 1ВМ РС/АТ; в) рсгистр;:рояа,т?> и определять изменение геометрических размеров образцов непосредственно з ходе дрформлрозандя; г) классифицировать и изучать прерывистое течение (эффект ПЛПГс:;. рис. 1).

Исследование сссбетпостой проляленйя ЭПЛЯГ пулго^или путем математического явде.тешк осцяллкруззлзгй составляются из реальной кривой упрочнения, а теплегме явления, связанные с прершгтстьш течением и, соответственно, пегеиогслг.с'г пластической дефермацней, изучали с использованием мякрекалорпмдтрз Калъвз.

В третг.»;'': гладе преяставггкы результаты механических испытаний железа, стали 12Х18Н10Т, сплява СЗХ20Ш51.КВРЦ, годгергнуткх радиационному создействют, в различных тсмпсратурно-скоростных услоьйях.

Жслгео, Проведенные эксперименты (293-073 К, 10"4 - 10~3с"1 пока-

v- w « лг, uu dp

Pix. 3: - диаграмма растяжения (стрелками показаны начало (сс) н кинец (с,) про-«т.тглдд ОИЛШ), cuyri.su - тинлчиие фрагменты областей прсяа-.ения аффекта 11ЛШ и пуоч>..\ои {J-i.ciiecTKaa разрывная ыашина).

зали, что с повышением температуры испытания значения пределов текучести (Ус,2), прочьостп ((7S) и показателя деформационного упрочнения (п) песблучекпого железа несколько увеличиваются, достигал максимума при 525 К, а затем наблюдается некоторое пх снижение, причем величины коэффициентов деформационного упрочнения К10%) достигают наибольших значений при С00 К. Пластическис характеристики железа, налротив, в сбяастп 2CJ—ISO Ii резво спиваются, а дальнейший рост температуры вызывает ::х увеличение да первоначального уровня около 625 К.

йзменспис р-саима термообработки (увеличение тегшературы и времени от^'лгас 1125 К, 1 час до 1185 К, 2 часа) привело к смещению прочностных и пластических экстремумов по температурной шкале, не меняя в целом вид термических Еагпепмостей механических свойств.

Оказалось, что легирование келеза гелием (до 10~3 ат. % Не) увеличивает его прочностные характеристики и привадит к появлению на температурных зависимостях пределов текучести и прочности локализованных максимумов при 370 и 425 К. В то ке время в результате радиационного воздействия пластичность железа при комнатной температуре заметно снижается (от 23 до 15 %), а в области 370-470 К возрастает (до 25 %) по сравнению с необлученным материалом.

ЭПЛШ в необлучешюм железе, отожженном при 1125 К и деформиро-

- о-

данном со скоростью о • 10"' с-1, регистрируется it области температур 375-575 К. В начале этою интервала (до 1Q0 К) на диаграммах р.тстяже-пня наблюдали хаотичную зубчатость, а с дальнейшим повышением температуры превалировали зубцп типа D. Начиная с -150 К, кроле зубчатости тина В рсг2;сгриру;отс;; срывы нгггрузхн С типа. П области 525-575 К на диаграммах растяжения наряду с зубчатыми ло.тзляюгея и гладкие участки, а при 575 К нгблюрялн только редкие перегуляриыз крупные зубцы. Увеличение температуры стглга (до 1185 К, 2 член) привело к тому, что ЭПЛШ регистрируется я области С30-',75 К.

Легирование гелием железа, отслоенного при П25 К в течение 3 часов, приводит к тому, что на диаграммах растязксния до 450 К наблюдают лишь редкие нерегулярные зубцы, а начиная с 450 К характер прерывистого течения не отличается от неЛлюдпсмого з кеоблучелном материала.

Металлографические исследования показали, что на поверхности образцов пелоза, деформированных при 350-475 1С, видны параллельные полосы, свпдетельстзующие о протекании неоднородной деформации. Обнаружено, что в деформируемом железо в интервале проявления ЭПЛШ формируются полосы двух типов, различающиеся шириной и частотой образования: узкие и частые, соответствующие срывам нагрузки тина В и более широкие, связанные с появлением зубцов тина С. Установлено, что для всех исследованных температур ширина фронта деформационных ¡tv.oc с увеличением степени деформации убывает, тогда как реформация п полоса возрастает. Для одинаковой степени деформации с увеличением температуры ширина фронта полосы растет, причем тем больше, чем меньше степень деформации.

Сплап 03Х20Н45М4БРЦ. Прочностные характеристики необлучен-ного сплава в области 295-475 К монотонно уменьшалэтеа с ростом температуры; при этом значительно сшшаготся величины равномерной деформации и коэффициента деформационного упрочнения. С повышением температуры (475-075 К) уменьшение значений предела текучее г и замедляется, а величина предела прочности остается практически постоянной 540МПа). Равномерная деформация и ото:1 области увеличивается на 30 % по сравнению с величиной, получение:! для 475 К (до 0,43). Значения коэффициента упрочнения, возрастая, достигают максимума при 575 К, а затем уменьшаются да величины, определенной при 475 К (1S00 МИа).

Облучение аысокопшселеаого сплаза («&=2 • 1024 п/м5) привело к резкому увеличению предала текучести (223—>/>20 МПа) и заметному снижению тластнчности (42—»32 %) и коэффициента. деформационного упрочнения 3350—>730 МПа) при комнатной температуре, но практически не повлияло

- lo-

ua величину предела прочности. В первой области температур (296—175 К) <7o(s облученного материала уменьшается интенсивнее, чем у шмблученного, пластичность несколько увеличивается, а коэффициент K¡% возрастает с температурой испытания.

В интервале 475-675 К у облученного сплава замедляется снижение предела текучести так, что при 625 К влияние радиационного воздействия па величину а0>г практически исчезает. Величина равномерной деформации при этом сначала возрастает на 15 % по сравнению с полученной для 475 К, а с дальнейшим повышением температуры уменьшается до прежнего уровня. При 575 К регистрируется максимум величины коэффициента деформационного упрочнения облученного материала (2600 МПа).

Показатель деформационного упрочнения n¡¡ для кеоблученлою сплава С ЗХМИ45М4БРЦ с ростом температуры испытания остается практически К£:т>еш;ыы 0,3), в то время как в облученном материале его значение ьзлрер&таю растет (от 0,14) и достигает сслнчшш 0,3 к 675 К.

В н^облучешюм материале ЭПЛШ проявляется выше 570 К, причем критическая деформация появления зубцов сс (равная 20 Уо) с ростом температуры снижается сначала резко (до 3 % при 625 К), а затем скорость ее иадаша уменьшается. В облученном сияазо шшняа граница прерывистого течеши смещена в сторону меньших температур, и падение величины сс с ростом Т па так значительна, как а необлучешмм материале.

С цель» детального описания прерывистого течения рассматривали ес-екчпыу его пптсналшастл I, которая рассчитывается, как отношение работы по дофор.цлрэваша материала при прерывистом течении к полной рг-Сохо, затрачелкой ва деформирование. Установлено, что интенсивность зубчатого течения сисокопксалсаага сплава растет с повышением теьшера-туры лстштыша от мулл при 520 К до максимума при 675 К, В облученном гейтронами материала реет I начинается уже после 420 К, но происходит медленнее, чем s ьееблученном. При <575 К. интенсивность зубчатого течения ь необлучепцом и облученной материале становится практически одинаковой.

Изучение характера и закономерностей пластического течения показало, что в области проявления ЭПЛПГ в несблучеипом образце одновременно или последовательно сущастсуст несколько отдельных областей, деформирующихся в данный момент ¡интенсивнее, чем другие. Перемещение и/или расширение этих областей происходит так, что за большой временной интервал вся рабочая длина образца может оказаться деформированной практически гомогенно, и далее процесс локализации ьзюш- повторяется.

Облучение нейгронами ие оказало заметного влияния на характер и с со-

беш'.сстм пегомогснного пластзпеского течения выссконикелевош сплава ОЗХ20П45М4БРЦ.

Стлль llXlßlTj OT, В необлученной стали до 420 К наблюдают снижение значений предала текучести п коэффициента деформационного упрочне-ш!я с ростом температуры, а в области 450-750 К <r0,i я Ks% сохраняются па постоянном уровне, Кроме того, на графике vc,i=/(T) регистрируются три максимума. Предел текучести необлученной стали уменьшается в области 233-575 К, затем до 700—750 1С значение <т0>э остается практически неизмеи-ныой 120 МПа), после чего наблюдается некоторое его снижение.

Основное уменьшение равномерного относительного удлинения (Sp) не-облученного материала наблюдается в области температур 295-475 К. Однако при дальнейшем повышении температуры пластичность ire только не снижается, но даже происходит некоторое увеличение ¿р.

Изменение релита тсрмосбргЛоткн (1325 К, 30 мпл.-»1425 К, 1 час) слабо повлияло на ход температурных зависимостей механических характеристик стали, по привело к исчезновению локальных максимумов, наблюдаемых ira кривой (Гор — /(Т).

В результате реакторного облучения величина предела текучести стали возрастает, причем тем больше, чем выше интегральная доза. Так, при 293 К (7o,j стали, облученной флюенсом 1,3 • 10м п/ы2 увелпчиваятся с 270 до 510 МПа. С ростом температуры испытания эффект радиационного упрочнения отянгаэтея. Наиболее интенсивное изменение предела техупз-стн наблюдается при низких (до 420 К) температурах. Для стал:г, полученной флгаенеом 1,8-IQ22 n/ti3, эффект радиационного упрочнения исчезает в районе 7С0 К, а для 1,8-1023 н/н3 около 80С К. Высота наблюдаемых на температуркой зависимости <г0|з максимумов увеянчиза-зтея с гозрасташшм интегральной дозы облучения. В то sa время гиачениз предела прочности стали 12Х18П10Т при облучении флкзенсамн 1,0-Ю'3 -2-Ю74 и fit1 существенно но изменились в исследовано?,! интервале температур. -

Отметим, что облучегак зу.гЛтргнамн уменьшает пластичность стали тем больше, чем глтшг интегральная доза облучен?™, npiviv.i эффект охруп-■ чпгакяя существеннее при пзниг: иной температуре :: уменьшается по мере ее роста так, что в области 650-700 К разлитие в величинах SVi обусловлен • псо раднатсоннмм возденете"™!, исчезает.

Что касается коэффициента длферняшюккого упрочнения, то с.т.:ял:?е нейтронного облучгяпя, нругводяпг^о к заметному уменьшению значений К6<з при комнатной температуре, сущгстсеппо сникаете« к 6C0-7G0 К, хотя его иопию сОнг.ру.кпть п а области 800-200 К,

Изменение скорости деформации (от 10~4до10~3с~!) не оказало заметно-

го влияния на ход термических зависимостей характеристик прочности и пластичности стали.

Па графике температурной зависимости критической степени деформации ег, соответствующей появлению зубчатости в необлученной стали, наблюдают (см. рис. За) два отчетливых минимума около 300 и 850 К. Увеличение скорости растяжения привело к их смещению в сторону более высоких температур.

Изменение решша термообработки (от 1325 К, 30 мин. до 1425 К, 60 Ы1Ш.) стали уменьшило значение нижней границы проявления ЭПЛШ и обусловило сужение низкотемпературно,! области прерывистого течения, в результате чего около 600 К зубчатость не наблюдалась.

После облучения нейтронами зарегистрировано некоторое увеличение значений се и смещение низкотемпературного интервала прерывистого течения а сторону Солее высоких температур. В области 700-300 К различия в значениях сс, обусловленные радиационным всздеГхтвием, исчезают.

На графике зависимости интенсивности зубчатого течения от темпера-L туры та^же, как ir графике сс = /(Т), мокко выделить две области, в кагздой из которых Гхозрастадт от нулевого значения да максимума 1), ' соответствующего наиболее явно рыраюзиюиу проявлению ЭПЛШ, а затем вновь уменьшается до минимума (I -г 0).

Изменение скорости деформации, размера зерна п дозы облучения приводят к смещению областей прерывистого течехни: по теми'-ргтуре, в связи с чем мо;хет неблюдатьед суперпозиция пли наоборот,,разделение областей.

Что касается тиков зубчатость', то в каздоЗ области прерывистого течения с ростом температуры последовательно сменяют друг друга зубцы ' неопределенной фермы, хаотичные срывы нагрузки и зубцы типа А, А+Б и В (рис.2). Облучение всзяаяяо пргкмукгстисппо из. термические границы существования каждого гп перечисленных выше mzzz зубцов.

Облучение кеЯтроцакл привело к тс::у, что в стглл прл больших деформациях (с >15 %) ширина полосы и скорость ее расарсстрацепвг. становятся меньше, чем в пссбдучснпон стали, а деформация к скорость деформации в полосе, напротив, возрастают.

В чатнортой гласе анализируется влиацие облучения на характеристики процесса ДДС в изучаемых материалах и на их механические свойства.

На основании общепринятых признаков ДДС установлены темиератур-но - скоростные интервалы этого явления в ш слезе, стали 12Х18Н10Т и сил же ОЗХ20Н45М4БРЦ. Рассмотрено влияние скорости деформации, параметров термообработки н Доз облучения нейтронами и а-частнцами на

• « ' * и, им • • » И, «я

Рис. 2: Вццсяепяие якягри-л-л рмтгтаия« участка прозслет!:!« ЭПЛШ для с'З.тг'чгшю.! гатгспмгл стали 12Х18Ш0Т (г = 2,5- Ю^с"1)

температурные границы области проявления динамического дгформздноя-исго старения. При этом, з частности, показгнэ, что для всех исследованных материалов увеличение спсрссти деформирования ярпЕодя7 к смсще-:п:гэ интервала ДДС з стсрсяу Ссяьшлх температур. Кроме того, я стали 12Х13И10Т п г/ысстхнихелевсм стяг.-з рост скорости .реформации е гсдзт к повтшгелтпо геличллы кр:гг;:чсс'.сЛ стадии деформации появления вуСча-тсггн. Пс.чдн: :ому, это сз.язз.то с тем, что увеличен::? скорости дсфоргга-щгл при температур;: (л, ссответсгг.г;ша, "ссгсяином кезффн-

тггелте д::ффу:г:н) приводит кСолыяей скорости декгауим (или плотности) педоигшых дг:сле:гацнл и к уменьшению плопюсти шчгмес.ччх атмосфер, блскнрухнспс дислокации, ггделггзне чего интенсивность ДДС падгет, а 'величина се нозышгстс.я.

Угачпчснне тсмпс-ратури термгсС%п£откн стали приведи? з ягзктгякю тс: гогсппястл "'"ердого рпсгвогп углерода э аустснлтз н одновременно к росту его нестабильности гос.*» резкого охлашдсиня. В эта» случае хая его р?спада (гпхеда атсмев прпмгеп внедрения ч-. ряпгп:::) требуется меш.-тт ^сл.'-дстл::-! т?-:-пэ интервал ДДС в стали смешается в

сторону меньших температур.

Анализ экспериментальных результатов свидетельствует о том, что воздействие облучения а-частнцами и нейтронами на ДДС а железе, сплаве

03Х20И45М4БРЦ я стали 12Х18Н10Т различно.

Так, в железе имплантированный гелий, вероятно, может образовывать комплексы с примесями внедрения (С или X) и способствовать зарождению вторичных фаз. Вследствие этого концентрация азота и/или углерода в твердом растворе уменьшается, кристаллическая решетка железа очищается, плотность атмосфер Коттрслла окалывается пониженной, и в резуль-г тате процесс ДДС в материале, легированном гелием, ослабляется. Достоверность этого предположения подтверждается не только отсутствием зуба текучести, но и зубчатою участка на площадке текучести.

В сплаве 03Х20Н45М4БРД облучение нейтронами приводит, по-видимому, к увеличению концентрации вакансий и их комплексов. Это облегчает диффузию атомов примеси, причем нижняя граница регистрации .процесса старения смещается в сторону меньших температур. Сегрегация на дислокациях и, следовательно, возможность выделения примесных атомов из твердого раствора подтверждается еще и тем фактом, что интенсивное падание с температурой предала текучести облученного сплава прекращается при 475 К, в то время как з иеоблучешкш материале уменьшение селичины ад,! заканчивается около 575 К.

То же самое относится н к стали 12Х18Н10Т, в которой вследствие облучения нейтронами возрастает степень исврехцханкости кристаллической решетки, что (на наш взгляд) облегчает выход примесей внедрения из твердого раствора па дислокации. В результате в области низкотемпературного ДДС происходит обеднение твердого раствора атомами примесей виздре-шш, и при р&стгжелик облученной стали интенсивность ДДС оказывается пониженной.

Из графиков Аррсниуса (рис.35) определена эффективная энергия активации миграции атомов примеси для 470-670 К (75 КДк/моль), что позволило высказать предположение, что в стали и сплава в данной области температур процесс ДДС связан с блокировкой падшгия дислокаций атомами внедрении (аяот и/или углерод).

При температурах аылк 700 К в стали 12Х1СНЮТ не наблюдается снижение интенсивности процесса старения к практически ис заметно некоторое смещение области его регистрации к большим температурам вследствие облучения, поскольку внесенные облучением вакансии, облегчающие диффузию примесей замещения, практически исчезают при 700-900 К (одновременно отжигается эффект радиационного упрочнения материала). По рассчитанной эффективной энергии активации процесса появления зубчатости (250 КДзк/моль) можно сделать выаод, что в этой области температур ДДС стали связано с диффузией атомов замещения (вероятнее г. се го,

" юоа/тд-'

Рис. 3; Слепа - теттературтге заэисишкти критической дгформащт погп.теиия чуСча-тости, справа - соответствующие графики Лррсниусь для яеобяучениоЛ (х), облучетюЛ фтоенсами 1,8- 10й (Д) и I, 8 • Ю^и/и3 (о) стали 12Х18П10Т (ё = 2,5- Ю^с"1). 1, 2 -области проявления низко- н гнстютехпературпого ЭШ1Ш.

хрсма).

Обработка и анализ зкстензограми позволили рассчитать параметры деформационных полос для необлученных и облученных образцов стаял л установить, что ширина и скорость распространения полосы с увеличением степепн деформации уменьшаются, в то время как деформация во фронте полосы и ее скорость возрастают. Высказано предположение, что мой более сугг^стгенним фактором, влияющим на ширину фронта с1 я скорость пе-ремеггеггия фронта Уь, является ксяцеитрадги вакансий, з зависимости от которой изменяется эффективность блокировки даслькацдй атмосферами примеси.

Привлекал аналогичные данные для модельного материала (сталь 3), били определены тзхне энергетические характеристики кегемогенъого течения, как количество тепла, выделившегося при образовании полосы, энергия (л плотность анергии) пластической деформации, запасенная в полосе и показано, в частности, что в нем аккумулируется до 70 % накопленной в образце латентной энергии, л наблюдается роет плотности подьиленых дислокаций (от 10® до 107 см""2).

Облучение нейтронами, вероятно, увеличивает концентрацию вакансий, что приводят к блокировке подвижных дислокаций уже при малых дефор-

мадчях. Однако с ростом с начинают работать ранее заблокированные дислокационные источник)!, и плотность дислокаций в облученной деформируемом материале, по-видимому, увеличивается быстрее, чем ь необлучен-нои. Этим можно объяснить более резкие деформационные зависимости величии й и Уь в материале, подвергнутом радиационному воздействию.

Поскольку нрн ДДС основная часть пластической деформации протекает ьо фронте полосы, то плотность недвижных дислокаций в нем должна быть достаточно высока для обеспечения деформации со скоростью, заданной разрывной машиной. Однако при ДДС свободные дислокации блокируются а темами примеси, в результате чего уменьшается их подвижность, и деформация со скоростью Ут/<1 в данном месте образца продолжаться не может.

. Поэтому фронт полосы перемещается, деформация сосредотачивается ь новом месте па образце, и процесс повторяется до тех пор, пока выполняется условие рщ - Ь ■ I' < Ущ/й (Ь-вектор Кюргерса, VII У^-скорости дислокаций и растязкеннг). При зтом за фронтом полосы остаются подвишше дислокации, переменные которых также обеспечивает некоторый вклад в общую деформацию материала.

Полученные результаты дают основание предположить, что с процессом образования и распространения деформационной полосы связаны резкие, пилообразные срывы нагрузки, тогда как деформации области вне фронта полосы соответствуют плазные (волнообразные) колебания цаиряхаеиия. В этой связи реально наблюдаемую зубчатость в стали удобно рассматривать, как суперпозицию волнообразной и пилообразной составляющих.

При лскалкза1уш пластической деформации в шейке вклад в удлинение образца, формирует лишь небольшая его часть длиной /а«£). Поскольку скорость деформации в ней велика (си=УтДа*>ёо:=Ут/'о), полной блокировки подвижных дислокаций не происходит, и можно ожидать исчезновения или ешкееикя интенсивности пилообразной н доминирования волнообразной со-стазляющей прерывистого течения. Эксперименты показали, что пещобзшй эффект действительно имеет место (например, в стали 12Х18НЮТ при Т= 575, 625, 775 К, см. рис. 2).

Обобщая сказанное вшяе, можно отметить следующее: а) па кривой течения практически всегда одновременно наблюдают волнообразную и пилообразную составляющие колебаний нагрузки; б) волнообразная составляющая зубчатости сохраняется практически ьо всем интервале ДДС, и исчезает лишь при высоких температурах. Обычно при этом на диаграмме «стякения наблюдают зубцы типа В или С; пилообразной составляющей зубчатости соответствует образование н распространение деформационных волос типа А; в) негемогг 1 деформации соответствует появление па кри-

еой течения резких срывов (от зубцов типа Л, В, С или их комбинации), но не волнообразных колебаний нлгру.чки;

Обнаруженные на температурных зависимостях прочностных свойств исследуемых материалов локальные максимумы связаны, вероятнее всего, с изменением подвижности примесных атомов. Тих, рост плотности примесных атмосфер у подвижных дислокаций может приводить к увеличению напряжения до максимума, а дальнейшее повышение температуры обуславливает практически свободное перемещение дислокаций вместе с атмосферами, вследствие чего напряжение течения уменьшается.

При этом в области ДДС для необлучешюго лселеза наблюдают один максимум предела текучести, а а облученном регистрируются два локальных пика при 370 и 420 К. Каждый из пикез связал?, вероятно, с блокировкой дислокаций примесными атомами, имеющими близкие энергии активации миграции (например, С или ¿V). Поскольку при легировании гелием, согласно литературным данным, изменяется концентрация тгрпмеси в твердом растворе, плотность атмосфер Коттрелла оказывается пониженной, ц пики, обусловленные различными примесями, разделяются. В то же время в необлучениом железе концентрация атмосфер Коттрелла высока, и экстремумы на температурной зависимости предела текучести размываются, образуя один широкий максимум па графике сгт = /(Т). С другой стороны известно, что гелий мозкет образовывать с атомами примеси и с вакансиями комплексы разного типа, различающиеся соотношением между количеством примесных атсмоз и атомов гелия в комплексе и энергией, необходимой для освобождения атома.прямее?;, Наличие двух вышеупомянутых пиков мог:;по объяснить распадом различных комплексов.

Для необлучеиното сплава ОЗХ20П45М4БРЦ возрастающая часть максимума на термической зависимости предела текучести регистрируется при больших температурах, чем в облученном нейтронами. Это связано, вероятно, с ростом степени закрепления дислокаций примо иыми атмосферами в условиях диффузии атомов азота я углерода, облегченной радиационным воздействием.

Для стали 12Х18Н10Т на температуркой зависимости предела текучести наблюдают три отчетливо выраженных максимума, причем второй и третий экстремум созпадают по температуре с интервалами ДДС, обусловленными взаимодействием подвижных дислокации с атомами прлмсси внедрения (второй максимум) и замещения (третий максимум). Наиболее ярко эти локальные экстремумы выражены у облученного материала, вероятно, из-за облегчения миграции примеси к дислокациям вследствие возможного наличия радиационных и;и<ансий. Существование на температурной зам-

сиыости предела текучести облученной и иесблучешюй стали первого максимума, лежащего ниже области проявления ДДС объясняется возможным кротекаииеи процесса статического старения б образце при его нагреве перед экспериментом и выдержке при температуре эксперимента. Интенсивность этого пика увеличивается с ростом интегральной дозы облучения, причем для большего флюенса 011 исчезает при больших температурах (это говорит об облегченном перемещении примеси к дислокациям в облученной стали и о большей плотности атмосфер Коттрелла). Аналогичное явление, наблюдаемое при отзкнге облученных металлов с О ЦК решеткой, получило название аффекта радиацношю-отжигового упрочнения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработаны и введены в эксплуатацию испытательные установки длк прецизионного определения механических свойств высокорадиоактивных материалов н регистрации тепловых эффектов непосредственно и, процессе пластической деформации образцов. Осуществлена компьютеризация процессов сбора, накопления к обработки экспериментальных данных. Впервые, с целью определения параметров негоиогеи-ызп пластической. деформации облученных металлических материалов, применен специально разработанный оятако-электршшый экстеи-зометр.

2. Изучено влияние облучения нейтронами (1,8-М22 - 2 • п/ы1) и с.<-частицами (легирование до концентрации 1,5-Ю-3 ат. % Не) на особенности процесса пластической деформации и механические свойства материалов с ОЦК решеткой (лслезо - арыка, испытанное в температурном интервале 230-625 К со скоростями 2,8-10"* и 7-Ю-4 с"1) и ГЦК решеткой (^елгзохремоншеешжые сплавы типа Х1СН10 и Х20Н45, Т=233-Э25 К, ¿=2,8-Ю-4 ц2,8-10~3 с-1) и показало, что при определенных хермоскоростньгх условиях как в необлучекных, так и в облученных материалах протеказт процесс динамического деформационного старения Длл указанных скоростей р&стяшзшя установлены температурные диапазоны ДДС: 350-603 К для железа, 470-525 К длй стали ХШНО и ытше 470 К для сплаве. Х2ЭН45.

й. Показано, что процесс динамического деформационного стареяпа ¿.с-еяедуимых облученных материалов сонровскдадтся образованием зубчатости ьг. к ¡¿иьых течения. Изучено влияние облучения на особен-гести прермпстого течения, проведена классификация его типов и сделано иу^-ае^иис, что образование. различного тииь. зубчатости

сбусловлено изменением зюдвнлсзюсти атомов примесей, блокирующих дислокации.

4. Бг.ервые определены эффективные энергий активации процессов, связанных с протеканием динамического деформационного старения в облученных материалах с ГЦК решеткой. Полученные величины -75 КДж/моль для 470-670 К и 2S0 КД;к/моль для температур выше 700 К - указывают на то, что при ДЦС аустенитпой нержавеющей стали происходит миграция к дислокациям соответственно атомов внедрения (углерода и/или азота) и замещения (вероятнее всего, хрома).

5. Установлено, что в облученных металлических материалах деформация в условиях ДДС негомогаша, локализуется в деформационных полосах и осуществляется за счет згх неремещеннч, приводя к появлению эффекта Портевена-Ле Шателье. Для з'.еоблучепных и облученных образцов стали X18H1G п .".елеза определены (по лапши экстензоме-трнн),иара31етри деформззшоиной полосы и проведена оценка плотности подвиеных дислокаций в'ее фронте (107 см-2).

6. Рассчитаны (на основании данных калориметрии) тепловые эффекты, обусловленные гаровденнем, формированием и распространением деформационной полосы л модельном материале, и показано, что значение латентзюй эззергзш, связанной с деформацией во фронте полосы, может достигать 70 % от общей запасенной энергии.

7. Установлено, что в интервале температур проявления динамического деформационного старения з облученных материалах с ГЦК ре-щеткой (сталь 12ХШШТ, сплаа ОЗХ20П45М'1БРД) наблюдается неизменность характер!'.стих пластичности, и то время как прочностные характеристики згсследуемых материалов возрастают. Полученные результаты указывают на возможность использование?явления ДДС для улучшения механических свойств облученных промышленных СШИВОВ.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ РАБОТ

1. Солмшз П. 51.,Санбате М. Ж.,Сакб"г.ева П. П. Определенззе Сегуще-го диаметра образца па стадии ез-о локализацзззз. // Детт. в ВИНИТИ 14.06.19S3.- 11 е.- 19-38.

2. Соймии Я.Я.,Са::бает М.Ж.,Сак5аева П.П. Определение истинных напряжений течения металлов. // Дсп. в ВИНИТИ 14.06.rJ5S,- 3 с,-~Л> 1049,

3. Бергер ВД.,Максимкин О.П.Д1аларснко И.П.,Сакбаев М.Ж. Автоматизированная установка для определения энергии, запасаемой в процессе растяжения материалов.// Препринт ЙЯФ АП КаэССР 4-87.-Ллма-Лта.-Ш7.- С. 26.

4. Астафьев И.В.,Сакбаев М.Ж. Автоматизированная установка для определения механических свойств облученных образцов с высокой наведенной активностью.// Препринт ИЯФ АН КазССР 14-87,-Алма-Ата.- 1987.- С. 7-11.

5. Ибрагимов Ш.Ш.,Максимкин О.П.,Сакбаов М.Ж. Динамическое деформационное старение облученной нейтрон&аш стали 12Х18Н10Т.// Дсп. п ВИНИТИ 25.10.1988.- 12 е.- № 7674-В88.

0. Максишаш О.П., Сакбаев М.Ж. к др. Автоматизированный комплекс установок л экспериментальные методики для исследования физико-механических свойств облученных материалов.// Материалы всесоюзного ссшшара "Методика и техника реакторных и послереакгорных зкеперииеитоз в радиационной материаловедении'' -Москва, 1989. С. 18-19.

7. Ибрапшоа Ш.Ш.,Максимки:; О.П.,Сакбаев М.Ж. Температурные изменения механических свойств сплава 03Х20И45М4ВРЦ н стали 12Х18Ш0Т, облученных нейтронами.// Дсп. в ВИНИТИ 27.00.90.- 10

30С6-В20.

8. Макснмкии О.П.,Сйкиаеа М.Ж.,Щ«галалов Ш.Б. Изменение высокотемпературных свойств и элементного состава области разрушения образцов стали Х16Н15МЗЕ в результате циклотронного легирования гелием.// Тезисы покладав 1-й Региональной конференции республик Средней Азии и Казахстана, 'Тадаладсинаа физика твердого тела". Самарканд, 1991. С.104-105, чД,

9. Макекмкин О.П.,Сакбаев М.Ж. Параметры прерывистого течения ау-стсииткых сплавов, облученных нейтронам«,// Тезисы докладов «а 2-й международной г -ференцни по рддиалпошкшу воздействию на материалы таР.-Сав. Петербург, 1992. С.23.

10. Астафьев И.В.,Ь сшшш О.П.,Сакбаев М.Ж. Компьютеризированная система сбо, .< обработки данных по механическим испытаниям.// Алма-Ата, У1. -18 е.- Дсп. в КазНИИПКИ 20.05.C2.-N; 3751-К91. '

11. Максимкин О.П., С'адвакасоэ Д.Х., Сахбаеэ М.Ж. Локализация пластической деформации в стали 12X18II1QT, облученной нейтронами. Тезисы докладов V-ro Ме.ягосударственного семинара "Раднационизл повреждаемость и работоспособность конструкционных материалов". Санкт-Петербург,. 1933. С. 15.

12. Астафьев И.В., Максимкин О.П., Сакбаев М.Ж. Слияние облучения на процессы тепловыделения при старении и мартенсктном превращении железа л стали 12Х18Н10Т. Тезисы докладов V-го Ме:хгосудар-ственного семинара "Радиационная повреждаемость к работоспособность конструкционных материалов". Санкт-Петербург, 1093. С. 16.

13. Добровольский B.C., Максимкин О.П., Сахбаеэ М.Ж. Влияние нейтронного облучения па изменение электросопротивления при отеиго нолибдепа и ниобия.// Известия АН РК, сер. "физ.-мат.н.-1993.- № 2.-С. 1S-19.

14. Максимкин О.П., Сакбаев М.Ж. Процессы старения а облученной нейтронами стали 12Х18Н10Т при деформировании s различных температурпо-скоростных условиях.// Металлофизика.-1293.-т.15, № 2.-С. 13-19.

CaKdaes M. K. CoyjiejieiuUpiJireH Fe asHe Fe-Cr-Kl KopuTnanaptDiun Re§opKauaanay KS3iHfl©ri aaHaMiiicaran Kapxacu.

H9fiTpo>j xoHa a-dejmeKTepMfiH csyneneHflipiarea Tewlpae, 12X18H10T dbBaTK !.:oh 03X20H45M4EPU Kopirrnaaa Be$op«aunanay Ke3iHReri aHhengi-Kajink KapTan UUWO Kydiwucuxim cHCTeiaTHKaJibiK aeprreyi eTKiaiJire«. Byji KYdi-'Kfc naiiaa <5o/iaTiiH TemepaTypa ma co3y xmmaMfiura HHTep-Baramia nTOCTHKajrcG: ne$opKawiH IlopTeBeii-JIo EaTenbe CIUBD ctrauKiua-r.apimsa smHaiwanaTxau aKwranran. I1M KY<3araoiffibm opeKueniriH asprreyinQH JtaTap JJM, npoueciHiH aKTHBamta^ay sKepmacu uaa lUUil CN3UKiuanapKHUH napauaTpaapu TadHHFaH. Seprrenren MaTepEajisap^UH «exaHKKarax KacKerrepi wen nnacTUKajitiK Ao$opwauHacuHini epeKuisniri ai;LKTajiLT7 xsHe csyjie;ieH£lplJir0H mran kgh K.optrrnanapAUH depiKTiJiiK SSH0 ccraUMfiHJian KacKeTTepiH earepTylHe nydumjcm naflaaiiaHyra <3onaTUi!h: KopcoTinrea.

Sakbaev M. Zh. Dynamical strain aging in Fe and in some Fe-Cr-Ni alloys Buffering from radiation efTect.

Systematical research of the phenomenon of dynamical strain aging (DSA) in Fe, 12Crl8NilOTi steel and 03Cr20Ni45Mn4NbBZr alloy irradiated by a-putides and nentrons has been carried oat. Within the DSA temperaturestrain rate range, plastic deformation in the studied irradiated materials has been revealed to be localized in the Portevin-Le Chatelier bands. The experimental data on mechanical properties as well aa on plastic deformation nature in the materials in question have been received. The DSA has been proposed to vise for directed variation, of the strength and plaatidty of irradiated metals and alloys.