Влияние легирования на развитие газовой пористости в ГЦК и ОЦК модельных сплавах и сталях при ионном облучении

• Автор: Бинюкова, Светлана Юрьевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 122 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. РАДИАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ И РОЛЬ ГЕЛИЯ В РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ РЕАКТОРНЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
1.1. Радиационные дефекты, создаваемые при облучении нейтронами и ионами
1.2. Радиационное распухание
1.2.1. Влияние типа кристаллической решетки на распухание
1.2.2. Влияние химического состава на распухание
1.2.3. Влияние структурного состояния на распухание
1.3. Другие эффекты, вызванные облучением
1.4. Роль гелия в радиационной стойкости конструкционных материалов ядерных и термоядерных реакторов
1.4.1. Накопление гелия в конструкционных материалах
1.4.2. Роль гелия в радиационном распухании конструкционных материалов
1.4.3. Роль гелия в радиационном упрочнении и охрупчивании
1.4.4. Влияние гелия на структурно-фазовую стабильность конструкционных материалов
1.5. Поведение гелия в материалах
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Материалы и приготовление образцов
2.2 Облучение ионами гелия
2.3 Электронно-микроскопические исследования
2.4. Измерение микротвердости
2.5. Термодесорбционные исследования
2.6. Анализ исходной структуры сплавов
2.6.1. Анализ исходной структуры никелевых сплавов и промышленных материалов
2.6.2 Анализ исходной структуры ванадиевых сплавов
2.6.3 Анализ исходной структуры сплавов Бе-С
2.6.4 Выводы
ГЛАВА 3.

ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРОВАНИЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ ГЕЛИЕВОЙ ПОРИСТОСТИ ПРИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОМ ОБЛУЧЕНИИ
Сплавы в закаленном состоянии Сплавы в состоянии отжига (старения)
Обсуждение результатов
Возможность использования облучения легкими ионами для оценки стойкости материалов к радиационному распуханию Выводы

ГЛАВА 4. ФОРМИРОВАНИЕ ГЕЛИЕВОЙ ПОРИСТОСТИ
ПРИ ПОСЛЕРАДИАЦИОННЫХ ОТЖИГАХ
4.1. Сплавы в состоянии закалки
4.2. Сплавы в состоянии отжига (старения)
4.3 Обсуждение результатов
4.4. Выводы
ГЛАВА 5. ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ ГЕЛИЯ И
ФОРМИРОВАНИЕ ГАЗОВОЙ ПОРИСТОСТИ В ГЦК И ОЦК МАТЕРИАЛАХ
5.1. Система сплавов Бе-С
5.1.1. Термодесорбционное исследование
5.1.2. Электронно-микроскопическое исследование
5.2. Системы сплавов №-А1 и V-11
5.2.1. Электронно-микроскопическое исследование
5.2.2. Термодесорбционное исследование
5.3. Промышленные материалы
5.4 Обсуждение результатов
5.4.1. Сплавы внедрения
5.4.2. Сплавы замещения
5.4.3 Промышленные материалы
5.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы.
В конструкционных материалах активной зоны реакторов на быстрых нейтронах и, особенно, первой стенки и других узлов разрядной камеры реакторов синтеза наряду с высокой степенью радиационных повреждений структуры будет происходить накопление значительного количества гелия и изотопов водорода, которые образуются в результате различных ядерных реакций при бомбардировке быстрыми нейтронами, а также могут быть внедрены непосредственно излучением из плазмы в термоядерных реакторах (ТЯР).
Гелий оказывает существенное влияние на радиационную повреждаемость материалов и часто может быть причиной катастрофического ухудшения свойств и сокращения срока службы конструктивных элементов ядерных реакторов и ТЯР. В связи с этим проблеме гелия в различных материалах уделялось большое внимание. Изучение структуры и свойств материалов, содержащих гелий, выявило его отрицательное влияние на радиационную стойкость конструкционных материалов. К таким эффектам относятся: роль гелия в радиационном распухании, высокотемпературном и низкотемпературном радиационном упрочнении и охрупчивании, радиационноускоренной ползучести и др. Подавляющее большинство таких исследований были выполнены на промышленных конструкционных материалах или чистых металлах. Вместе с тем известно, что химический состав и структурно-фазовое состояние материалов оказывает существенное, а часто решающее влияние на радиационные эффекты в твердых телах. Однако экспериментальных работ по поведению гелия и развитию газовой пористости в материалах в зависимости от легирования, примесного состава и структурного состояния недостаточно.
В этой связи изучение поведения гелия и формирования газовой пористости в зависимости от содержания примесей и легирующих элементов в металлах и сплавов различных систем, исходного структурно-фазового состояния материалов, условий ионного облучения и послерадиационной обработки является актуальным направлением исследований.
Цель работы.
Основной целью настоящей работы явилось выявление закономерностей влияния легирования на формирование газовой пористости и поведение ионно-внедренного гелия в модельных сплавах на основе никеля, железа и ванадия, а также промышленных материалах различного класса.
Научная новизна и практическая значимость работы .
Впервые установлены закономерности влияния легирования и исходного состояния на характер развития гелиевой пористости в модельных сила-

го размера (зависящего от концентрации гелия в материале [56]) и стабилизированные атомами гелия, будут определять режим мультиатомного зарождения. Переход от одного режима зарождения к другому будет иметь место, когда степень диссоциации двухатомного кластера будет сравнима со степенью поглощения кластерами атомов гелия. Количественная оценка температуры такого перехода имеет вид [131]:
Тхг= [2 (£ней1&>н/) - Ене*"У Мп[(4я/ПНео)/(ОСне)], (1.19)
где Цне* - химический потенциал гелия в комплексе.
Необходимым условием дальнейшего роста сформировавшихся пузырьков является высокая степень пересыщения вакансиями материала. Ряд исследователей [139-142] степень пересыщения вакансиями связывают с наличием фронта термических вакансий от поверхности образца или внутренних границ к облученной области, поскольку внутренние источники вакансий в материале (например дислокации) являются малоэффективными. В данной модели авторы [139, 143, 144] дальнейший рост пузырьков связывают с процессом их миграции и коалесценции. Движение пузырьков сквозь твердое тело обусловлено переносом атомов, окружающих пузырыси (направленная поверхностная диффузия) или массопереносом посредством вакансий через объем твердого тела (объемная диффузия). В отсутствии движущей силы (градиент термических вакансий или приложенных напряжений) данные процессы будут носить случайный характер, вызванный Броуновским движением пузырьков. В качестве основного критического замечания к данной модели роста пузырьков выделяют [145], что механизмы, предложенные в динамической теории поглощения вакансий пузырьком при наличии градиента термических вакансий [142, 143], не могут привести к направленному движению пузырька.
Уравнения, описывающие два типа миграции пузырьков, имеют следующий вид [139, 142, 144]. Для поверхностной диффузии:
А(5) = (3/2д)(а/гь)4А, (1.20)
где а - длина прыжка атома; гъ - радиус пузырька; А - коэффициент поверхностной диффузии.
Для объемной диффузии:
ЩГ) = (ПЫ)(1/гь)3Оу, (1.21)
где О - атомный объем; А - коэффициент объемной диффузии.
Оба коэффициента диффузии можно представить в общем виде как:
£>8'У = Дехр {-01кТ), (1.22)
где А - предэкспоненциальный фактор; к - постоянная Больцмана; () - соответствующая энергия активации. В работе [141] отмечается, что возможна диффузия и по механизму испарения-осаждения, но он характерен для очень высоких температур и наличия градиента температуры по сечению пузырька.