Введение к работе
; Актуальность темы диссертации.
Создание раднационно-стойких конструкционных материалов продолжает оставаться актуальной задачей при разработке экономичных ядерных и термоядерных реакторов. Поскольку этот процесс требует больших затрат времени и ресурсов, необходима разработка теоретических моделей, на основе которых можно прогнозировать эволюцию микроструктуры облучаемых сплавов. К настоящему времени роль теории в процессе создания новых материалов остается довольно скромной, а многие достижения в этом направлении получены чисто эмпирическим путем. Такое положение обусловлено тем, что большая часть результатов теории получена для чистых металлов. Экспериментальные данные свидетельствуют о более сложной эволюции микроструктуры в облучаемых сплавах по сравнению с чистыми металлами': \ потере однородности состава в результате радиационпо-индуцированпой сегрегации (РИС) и выделении вторичных фаз. На взаимосвязь явлений РИС компонентов сплавов около стоков точечных дефектов (ТД), распухания и фазовых превращений в сплавах под облучением исследователи обратили внимание уже давно, однако, последовательная теория начала разрабатываться только в последтше годы. Главная причина этой задержки - отсутствие систематических экспериментальных данных даже для простых бинарных систем. Тем не менее,, накопленный к настоящему времени экспериментальный материал позволяет выделить основные закономерности и особенности поведения различных сплавов под облучением и определить наиболее перспективные направления исследований.
Одним из таких перспективных направлений является дальнейшее развитие предложенной в работах [1-3] теории распухания сплавов, учитывающей РИС компонентов около стоков ТД. Согласно I1-3J. возникновение вследствие РИС в сплавах дополнительного разбаланса потоков ТД на поры и дислокации появляется лишь при учете в-шиии-л
переползания дислокаций и диффузионного взаимодействия пор на профили
РИС компонентов сплавов и на факторы предпочтения (ФП) лор и
дислокаций. В рамках этой теории удастся объяснить многие закономерности :
распухания сплавов: выход аустеннтных сталей при больших дозах облучения
на стационарную, не зависящую от состава сплава, скорость распухания {4];
стойкость к распуханию большинства высокоиикелсвых сплавов;
экстремально высокую скорость распухания сплава "V-5aT%Fe [5]. В работах
[1-3] учет влияния переползания дислокации и диффузионного
взаимодействия пор на профили РИС компонентов сплавов и на ФП нор и
дислокаций был проведен лишь в грубой форме, и получение корректного
решения этих задач весьма актуально. Кроме того, необходимо исследовать
особенности сегрегации на подвижных границах зерен,, для которых
получены наиболее подробные экспериментальные данные [6]/ .
Необходимость исследований фазовых превращений в сплавах под облучением определяется изменением механических характеристик сплавов при выделении или растворении в них вторичных фаз, а также наблюдаемой корреляцией фазовых превращений и распухания. При этом отличие закономерностей эволюции вторичных фаз под облучением от наблюдаемых при термическом старении сплавов (растворение термически стабильных фаз, выделение новых фаз, ускорение роста фаз)требует разработки новой теории^ В настоящее время установлено, что определяющим процессом при эволюции некогерентных фаз под облучением является РИС компонентов сплавов около межфазных границ. Основное внимание теоретиков до енх пор было сконцентрировано на изучении устойчивости 'частиц фазовых выделений под облучением, а кинетическая теория практически не разработана. ,
Основными параметрами, необходимыми для описания РИС компонентов сплавов, являются парциальные коэффициенты диффузии компонентов по вакансионному и междоузельному механизмам [7]. Одним из факторов, сдерживающих развитие теории радиационных повреждении, \ является полное отсутствие данных по коэффициентам диффузии по междоузельному
механизму. Причина этого лежит в больших величинах энергий образования междоузельных атомов (МЛ) и их высокой подвижности. Разработка методов для определения парциальных'коэффициентов диффузии компонентов сплавов по междоузельному механизму является актуальной задачей теории.
Для ряда практических приложений важной задачей является обобщение теории эволюции частиц вторичных когерентных фаз (для них влиянием РИС можно пренебречь) на сплавы под облучением. Так, например, охрупчпвание корпусных сталей реакторов ВВЭР в значительной мере определяется выделениями частиц меди. Разработанные к настоящему времени модели, к сожалению, не в состоянии достаточно полным образом описать накопленный экспериментальный материал. Проведенные в последнее время с применением разнообразных методик исследования, особенно для бинарных сплавов Fe-Cu [8-Ю], : в принципе позволяют создать последовательную теорию этого явления.
Цель диссертации. Разработка теоретических моделей для описания и
прогнозирования 'эволюции микроструктуры бинарных сплавов замещения
под облучением. v/ _
... Исходя из этой цели сформулированы следующие конкретные задачи:
1 .Исследование РИС компонентов сплавов на различных стоках ТД и выявление влияния подвижности стоков на их сегрегационные ФП (СФП).
2.Исследование стабильности вторичных некогерентных фаз и особенностей их роста пли растворения в сплавах под облучением.
3.Разработка метода определения парциальных коэффициентов диффузии компонентов сплавов по междоузельному механизму.
4.Получение экспериментальных данных по профилям РИС в сплаве V-5%Fe и апробация метода с целью определения парциальных коэффициентов диффузии атомов V и Fe но междоузельному механизму.
5.Создание модели для описання эволюции медных выделений в сплавах на основе железа при термическом отжиге и под облучением.
Научная новизна работы.
I.Впервые получены аналитические выражения для профиля РИС компонентов бинарного сплава около подвижной границы зерна и для ее СФП. Показано, что профили компонентов слева и справа от подвижной границы различны, что согласуется с результатами экспериментов. Показано, что с ростом скорости движения границы ее СФП быстро убывает.
2.Впервые'получены аналитические выражения для профиля РИС компонентов бинарного сплава в окрестности поры и для ее СФП. Показано, что СФП поры зависит от концентрации пор и температуры облучения и убывает при распухании сплава, а в случае идеального твердого раствора компонентов когда интенсивности стоков пор и дислокаций близки, СФП пор является универсальной функцией распухания материала.
З.Впервые показано, что зависимость скорости роста частиц выделений под облучением от состава сплава и предела растворимости качественно отличается от известной для термического старения сплавов.;
4.Впервые разработана модель, описывающая эволюцию : медных выделений в сплаве Fe-Cu при термическом отжиге и под облучением.
5.Впервые показано, что для объяснения нескольких пиков на функциях
распределений частиц выделений по размерам, наблюдаемых в экспериментах
при термическом старении бинарных сплавов Fe-Cu, необходимо
предположить, что энергия связи атомов меди с кластерами является
немонотонной функцией их размера. - ''"-'",
б.Впервые проведено обобщение диффузионных уравнений, описывающих РИС компонентов бинарных сплавов, для учета особенностей низкотемпературного ионного облучения, и предложен метод экспериментального определения парциальных коэффициентов диффузии компонентов сплава по междоузельному механизму.
7.Получены экспериментальные данные по профилям РИС компонентов в сплаве V-5%Fe; облученном нонами V+ с энергией 50 кэВ в интервале доз от 1019 до 10"нон/м: при комнатной температуре. На основании полученных
результатов впервые оценено отношение коэффициентов диффузии атомов Fe и V по междоузельному механизму в сплаве V-5%Fe.
Практическая ценность работы.
1.Результаты теоретического исследования РИС компонентов сплавов и СФП различных стоков важны для разработки последовательной теории распухания сплавов. .
2.Результаты исследований роста/растворення некогерентпых фаз под облучением необходимы для создания теории, описывающей эволюцию некогерентпых частиц вторичных фаз в сплавах под облучением.
3.Разработанная модель, описывающая эволюцию выделений меди в сплавах Fe-Cu при термическом отжиге и под облучением, является важной для предсказания механических свойств корпусных сталей реакторов ВВЭР при отжиге, облучении и при комбинированном воздействии по схеме
облучеіІНе-ОТЖИГ-облучеіШе. :
; 4.Разработанный метод оценки парциальных коэффициентов диффузии компонентов сплава но междоузельному механизму позволяет проводить измерения одного из критических параметров, определяющих фазовые превращения и распухание сплавов под облучением- отношение парциальных коэффициентов диффузии.
'.-' Личный вклад автора. Большая часть результатов, представленных в диссертации, получена лично автором. Идея использования измерений профилей РИС в сплавах после ионного облучения при низких температурах для оценки отношении парциальных коэффициентов диффузии компонентов по междоузельному механизму, атакже идея вв'едепня немонотонной энергии связи атомов Си с кластерами Си как функции размера кластера для описания наблюдаемых функций распределений выделений Си по размерам, принадлежат Голубову СИ. Автор выносит па защиту:
1.Результаты теоретического исследования РИС компонентов бинарных сплавов в окрестностях различных стоков и ее влияния на их факторы
ПреДПОЧТеїШЯ. . '..;''-'':':.
2.Результаты теоретического Исследования влияния облучения на стабильность некогерентных фазовых выделений и на их рост или растворение в бинарных сплавах замещения,
3.Разработанную модель, описывающую эволюцию медных выделений в сплавах Fe-Cu при термическом отжиге к под облучением. .
4.Диффузионные уравнения, описывающие РЙС компонентов бинарных сплавов в случае ионного облучения при низких температурах, при которых подвижностью вакансии можно пренебречь
5.Мстод определения парциальных коэффициентов диффузии
компонентов сплавов по междоузельному механизму миграции и'результаты
применения метода для сплава V-5%Fc. ; ; ; : : ' -'-У'-:-''-'-
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Списка сокращений и обозначении, Введения, четырех глав, Заключения и списка Литературы. В тексте объемом 131 страниц содержатся 29 рисунков, 1 таблица и список литературы из 98 наименований. ...."
