Введение к работе
Актуальность темы и степень . ^следования -»матикн диссертации. Повышение безопасности существующих верных :еакторов, строительство новых поколений зкономиммых- оеакгоров іа быстрых нейтронах (БР) и термоядерных реакторов ;їЯР) а ачестзе важнейшей задачи требуют разрабскй * .создания -.атериалов, способных работать а жестких.условиях активной зоны >еактороа.
Под действием быстрых частиц и излучений а кристаллических елах происходят сложные структурно-фазовые превращения, ;риводящие к деградации исходных свойств. Дли установления ібщих закономерностей изменения структуры и физико «еханических свойств необходимо прежде всего изучение процессов арождения и эволюции дефектной структуры металлов и сплавов ри облучении. Недостаточное понимание физических процессов, гветствекных за радиационную повреждаемость твердых тел, вляетсл одним из главных ограничивающих факторов создания лдиацнонно-стойких материалов.
Если для реакторов на тепловых и быстрых нейтронах уществуют обоснованные предпосылки по выявлению ринципиальнмх особенностей радиационной повреждаемости атериалов, то для термоядерных материалов они могут быть <азаны лишь весьма приблизительно, поскольку оптимальная инструкция такого реактора еще не выбрана.
Поэтому только на основе физических представлений о природе 5аимодействия излучений с веществом можно сделать научно-эоснованные рекомендации по созданию новых или 5вершенствованию существующих материалов, прогнозированию их зведення п активной зоне.
Из широкого спектра предлагаемых к использованию в активных >нах реакторов материалов наибольший интерес в качестве жструкционных материалов представляют нержавеющие стенитные и ферритные стали. Целью представляемой работы является:
систематическое исследование эволюции всего.
(кроструктурного комплекса (точечные дефекты, кластеры, петли и іслокации, тертый раствор, выделения вторых фаз и т.д.)
конструкционных сталей аусгенитного и ферритного классов в процессе облучения нейтронами и заряженными частицами.
изучение микрохимической эволюции при облучении различными частицами до больших доз (радиационно-индуцироаанная сефегация и перераспределение компонентов твердого раствора, формирование и модификация выделений вторых фаз и т.д.);
изучение особенностей механизмов радиационного повреждения и формоизменения при облучении технологически важных материалов с г.ц.к. и о.ц.к. кристаллическими решетками;
- исследование взаимосвязи элементов структуры и состава с их
радиационной повреждаемостью;
- создание научных основ конструирования материалов с
характеристиками высокой радиационной стойкости, способных
обеспечить безопасность и экономичность существующих и
разрабатываемых реакторов.
Для достижения поставленной цели было необходимо:
исследовать эволюцию дефектной структуры при облучении до больших доз:. кластеризацию точечных дефектов и трансформацию компонентов дислокационной структуры в материалах с различными кристаллическими решетками; стадии зарождения и роста пор;
исследовать температурные и дозные зависимости параметров распухания в модельных металлах и сплавах, конструкционных сталях аустенитного и ферритного классов;
изучить механизмы микрохимической эволюции исследуемых материалов при облучении до больших повреждающих доз;
исследовать механизмы влияния легирующих элементов на эволюцию различных компонент структуры и состава.
Методы исследований. Полученные в. работе результаты экспериментальных исследований структур и состава исходных и облученных материалов получены методом аналитической электронной миккроскопии (АЭМ).
Результаты теоретических расчетов получены решение* уравнений баланса.
Научная новизна работы характеризуется тем, что в ней впервые:
-проведено систематическое комплексное изучение особенное^ структурно-фазовых превращений а .основных . конструкционны) сталях ^аустенитного м ферритного классов в широком интервал*
практически важных доз и температур облучения заряженными частицами и нейтронами;
- развиты и разработаны новые представления и физические,
механизмы структурно-фазовых превращений в многокомпонентных
материалах, имеющих г.ц.к. и о.ц.к. кристаллические решетки,
основанные на взаимодействии исходных и радиационных дефектов
в процессе формирования и эволюции дефектной структуры и
фазовых изменений при облучении; '
выявлены закономерности и особенности в . эволюции дислокационной структуры аустенитных и ферритных сталей, связанные с различием в величинахэнергии дефекта упаковки и и особенностями кристаллографии решеток;
- проведено систематическое исследование перераспределения а
процессе облучения основныхи легирующих компонентов твердого
раствораа многокомпонентных сталях, имеющих различные
кристаллические решетки;
изучено влияние процессов радиационно-индуцировзнной сегрегации на процессы образования и модицикации композиций выделений вторых фаз; с привлечением оригинальных результатов диссертационной работы проведено обобщение механизмов фазовой стабильности в сталях различных классов;
- построены дозные и температурные зависимости паоаметров
распухания модельных металлов и сплавов, технологически важных
конструкционных сталей;
исследованы механизмы распухания широкого спектра аустенитных и ферритных сталей; изучено злияние на эти процессы типа кристаллической решетки и процессов структурно-фазовых превращений в ходе облучения;
- теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены
возможности создания материалов с высокой степенью
рекомбинации точечных дефектов за счет введения а твердый
раствор легирующих элементов с определенным соотношением
атомных радиусов.
Теоретическая и практическая ценность работы. Результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, исследования эволюции дислокационной структуры а облученных материалах с различной кристаллической решеткой, особенностей перераспределения основных и легирующих компонент гомогенного
еред облучением твердого раствора; результаты по исследованию фазовой стабильности облучаемых материалов позволили уточнить и развить теоретические модели и физические представления о радиационной повреждаемости конструкционных материалов и представляют основу дальнейших исследований по созданию перспективных материалов последующих поколений с повышенной радиационной стойкостью.
Экспериментальные результаты и выводы исследований эволюции структуры и состава сталей Х18Н10Т, ЭИ-847, ЭП-172, ЧС-68, AISI316, ХНС, ЭП-450, Х13М2+ТІО , Х10М6БФ, хромовых сплавов были использованы в соответствующих организациях при разработке сплавов и пои обосновании их применения а ядерно-энергетических установках.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
- экспериментальные данные по зарождению и эволюции
комплексов точечных и линейных дефектов (кластеры, дислокации и
дислокационные петли, межфазные, большеугловые границы) при
облучении а реакторах и на ускорителях заряженных частиі.
основных компонент сплавов (Ni, a-Fe, a-Cr), модельных сплавов ы
основе никеля, железа,хрома и конструкционных сталей
аустенитного и ферритного классов, позволявшие определит!
закономерности изменения композиционного и примесного состава і
широком интервале доз и температур облучения и установил
взаимосвязь с процессами радиационной повреждаемости металлов
сталей и сплавов с г.ц.к.и о.ц.к. решетками;
степень распада твердого раствора, связанная с процессамі радиационно-индуцированной сегрегации. определяете: соотношением потоков атомов по различным механизмам, главньн образом, вахансионному обратному эффекту Киркендалла формированию комплекса "подразмерный атом-межузлие";
формирование и эволюция выделений вторых фаз в сталях Г.Ц.К. и о.ц.к; кристаллическими решетками определяете локальными изменениями химического состава - на нейтральных преференциальных стоках точечных дефектов в результате действи механизмов радиационно-индуцироаанной сегрегации и стелены когерентности межфазных границ;
- физические механизмы, определяющие температурные
долные зависимости процессов зарождения и роста аакансионнь
пор и величину радиационной повреждаемости металлов, сталей н сплавов с г.ц.к. и о.ц.к. решетками;
- радиационная стойкость исследуемых материалов определяется коопеоативным взаимодействием в процессе облучения компонентов дислокационной структуры, распадающегося твердого раствора и эволюционирующей системой выделений вторых фаз за смет изменения степени рекомбинации, изменения энергетических и геометрических характеристик точечных дефектов и их комплексов.'
Личный вклад автора. Диссертация является обобщением результатов исследований, которые были выполнены лично автором, труппой сотрудников под его руководством или при его основополагающем участии.
8 основных работах но теме диссертации, список которых приведен а конце автореферата, личный вклад диссертанта является определяющим и состоит в следующем. Он лично сформулировал постановку задач в работах /4,7,10,11,13,16-18,24,25,27-31/ и принимал непосредственное участие в формулировке основных научных положений в работах /1,8,9,12,14,15,19-23,26/. Он лично разрабатывал методику препарирования образцов для облучения и электронномикроскопического анализа и готовил объекты для исследования в работах /1,2-6,10,11,13/, проводил исследования структуры и состава в работах /1,2-4,10,16,31/, принимал непосредственное участие а обработке экспериментальных данных, физической интерпретации результатов всех работ, а также 8 их оформлении и их обсуждении на всех уровнях отечественных и зарубежных семинаров, конференций, школ, симпозиумов.
Апробация работы. Основные результаты, приведенные в дисертацин, были доложены и обсуждены на III (1981 г.), IV (1983 г.), V (1985 г.), VI (1987 г.), VII (1989 г.), VIII (1991 г.) Всесоюзных школах по физике радиационных повреждений твердого тела (г.Алушта), 14, 15 и 17 Международных- симпозиумах по влиянию облучения на материалы (Андовер, США. 1988 г.; Нэшвилл, США, 1990 г.. Сан- Вэлли, США, 1994 г.), на конференциях "Радиационное воздействие на материалы термоядерных реакторов" (Ленинград, 1990 г., Санкт-Петербург, 1992 г., 1994 г.), на конференции по реакторному материаловедению (Димитровград, 1992 г.), I, III, IV Всесоюзном постоянном семинаре "Радиационная повреждаемость и работоспособность конструкционных материалов" (Псков, 1984,
Полярные Зори, 1988, Петрозаводск, 1990), 5,6 и 7 Международны; конференциях по материалам для термоядерных реакторої (Клиэвотэ, США, 1991, Стреза, Италия, .1993, Обнинск, Россия 1995) семинаре по малоактивируеммм материалам (Испра, Италия, 1994) семинаре "Радиационная физика металлов и сплавов" (Сьежинск Россия, 1995).
Публикации. Основное содержание работы опубликовано t международных, всесоюзных научных журналах, тематических сборниках, трудах конференций, а также наумо-технических отчетах Всего по теме диссертации опубликована 91 работа, список основных из них опубликован в конце автореферата.
Обьем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена, на 307 страницах машинописного іекста, содержит 26 таблиц и 185 рисунков.
Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения. Список цитируемой литературы включает 278 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
