Содержание к диссертации
Введение
I. ВОЗДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА УПРУГИЕ И НЕУП-
РУГИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ 10
1.1. Феноменология дефектообразования на начальном этапе 10
1.2. Дальнейшие этапы дефектообразования и пространственное распределение радиационных дефектов 15
1.3. Неупругое дефектообразование в матрице материала 22
1.4. Конфигурации точечных дефектов, кластеры и скопления радиационных дефектов 1.5. Отжиг радиационных дефектов 33
1.6. Взаимодействие радиационных дефектов с дислокациями и примесными атомами и влияние этого взаимодействия на свойства облученных металлов 40
1.7. Постановка задачи 50
II. ВЛИЯНИЕ НЕЙТРОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА ИЗМЕНЕНИЕ ВНУТРЕННЕ ГО ТРЕНИЯ И МОДУЛЯ УПРУГОСТИ МЕДНЫХ СПЛАВОВ 52
2.1. Исследуемые сплавы, их химический состав, микроструктура 52
2.2. Условия эксперимента и его аппаратурное обеспечение 54
2.3. Основные экспериментальные результаты 59
2.3.1. Дозовые зависимости величин внутреннего ' трения и модуля упругости медных сплавов . 59
2.3.2. Влияние температуры на изменение внутрен него трения исследуемых сплавов во время и после облучения 71
2.3.3. Влияние амплитуды деформации на изменение внутреннего трения исследуемых сплавов во время обличения 76
2.3.4. Амплитудные зависимости величины внутрен него трения медных сплавов до и после облучения 78
2.3.5. Временные зависимости величины внутрен
него трения исследуемых сплавов 85
2.4. Обсуждение полученных результатов ІОІ
2.5. Выводы ИЗ
III. МОДЕЛЬНАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ПОЛУЧЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬ
НЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ 115
3.1. Влияние типа и концентрации примесных атомов и различий сечений рассеяния нейтронов на изменение дислокационного внутреннего трения при нейтронном облучении 115
3.2. Перераспределение радиационных дефектов в трубке дислокации и эффект диссипации энергии, обусловленный этим процессом 124
3.3. Исследование взаимодействия дефектов с ядром дислокации и определение энергии связи дефекта с
ядром 139
ЪЛ. Выводы 150
IV. ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ПО РАБОТЕ И ВЫВОДЫ 152
ЛИТЕРАТУРА 167
- Феноменология дефектообразования на начальном этапе
- Исследуемые сплавы, их химический состав, микроструктура
- Влияние типа и концентрации примесных атомов и различий сечений рассеяния нейтронов на изменение дислокационного внутреннего трения при нейтронном облучении
class1 ВОЗДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА УПРУГИЕ И НЕУП-
РУГИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ class1
Феноменология дефектообразования на начальном этапе
Вопрос выхода атома из своего равновесного положения в кристаллической решетке рассматривается в значительном количестве работ по дефектообразованию в твердых телах.
Во всех феноменологических моделях радиационных повреждений вводится в рассмотрение пороговая энергия смещения, которая обусловливается энергией связи и вероятностью образования дефекта. В ранних исследованиях, например, [1,2,3], рассматривали смещение многих атомов статистически. Развитие вычислительной техники позволяет в настоящее время непосредственно моделировать процессы повреждения. Статистические модели дефектообразования, несмотря на различие математических подходов, основывались на двух физических положениях, учитывающих или не учитывающих передачу энергии решетки при выбивании атомов. Так, Кинчин и Пив [4] полагают,что пороговая энергия смещения (Ed) в акте выбивания атома не передается решетке. Первично выбитый атом (ПВА) отлетает с полной кинетической энергией Е , если Е Ed . Снайдер и Нойфельд [3] и Харрисон и Зейтц [5] предполагали, что Id теряется после создания ПВА вследствие отдачи атома после смещения с кинетической энергией Е Ed . Во всех моделях принимается, что энергия после столкновения равновероятно распределена между атомами, то есть рассеяние подобно рассеянию на твердой сфере. Процесс образования дефекта типа смещения зависит от существенного числа факторов: энергии налетающего атома, температуры образца, наличия примесных атомов и других точечных дефектов в матрице. Надо отметить, что зависимооть вероятности образования дефекта от энергии отдачи описывали как простейшими функциями типа изотропной прямоугольной ямы, так и более сложными. Введение таких функций позволяло добиться лучшего согласия с экспериментом. Опиоание первичного смещения в таком представлении еще весьма далеко от реальной картины, так как атом решетки, находясь в некоторой потенциальной яме, не является неподвижным в ней, вместе с тем и сама потенциальная яма не статична, ибо она определяется решеткой матрицы и, в частнооти, ближайшими соседями, которые совершают тепловые колебания. Нельзя при этом не учитывать и дальнодействую-щие поля, обусловленные различного рода дефектами кристаллической решетки. Так, йвата и Нихира [6] показали, что тепловые колебания окружающих атомов могут препятствовать процессу смещения, значительно увеличивая пороговую энергию смещения. Шесте с тем, Кор-бетт и Бургуэн [7] считатют возможность существования таких решеток (Ивата и Нихира рассматривали решетку графита), в которых тепловые колебания уменьшают пороговую энергию. В работе [8] при исследовании температурной зависимости энергии атомов смещений в Си (99.999 %) при электронном облучении в интервале температур от 70 до 550 К установлено, что эффективная пороговая энергия атомных смещений уменьшается от 17,5 эв при 70 до 10,5 эв при 550 К. Предполагается, что такое снижение эффективной пороговой энергии смещения связано с повышением вероятности коррелированной рекомбинации ме,ж узельного атома с вакансией при увеличении температуры.
Исследуемые сплавы, их химический состав, микроструктура
Для проведения экспериментов были выплавлены сплавы высоко-чистой меди с бериллием, магнием, кальцием, цинком, кадмием, германием и мышьяком. Каждый элемент вводили в трех концентрациях соответственно с 0,1 атД, 0,01 о.тЛ и 0,001 ат.$. Сумма всех других примесей не превышала 0,001 ат.$. Элементы бериллий,магний, кальций, цинк и кадмий находятся в одной группе системы Д.И.Менделеева и соответственно имеют одинаковую валентность.Элементы медь, цинк, германий и мышьяк находятся в одном периоде.Такой подбор легирующих элементов позволяет проследить особенности взаимодействия радиационных дефектов с широкой группой примесных атомов, отличающихся от меди по атомному размеру и валентности. Вместе с тем набор элементов второй группы в значительной мере обусловливает равенство электрического взаимодействия таких примесных атомов с дислокациями, и различие энергии связи примесь-дислокация можно отнести только за счет упругого взаимодействия.
Кроме указанных сплавов в качестве эталонов использовали медь чистотой 99,9999 ат.% и 99,9997 ат.$.
Выплавленные слитки отковывали при комнатной температуре, а затем вытачивали образцы диаметром 5 мм и длиной 80 мм.
Для снятия микронапряжений и стабилизации дислокационной структуры образцы отжигали в вакууме (10 5мм рт.ст.) при 950 С в течение пяти часов. Металлографический анализ выявил крупнозернистую структуру с плотностью дислокаций 10 1/см .
В таблице 2.1 приведен состав используемых сплавов, радиусы примесных атомов, а также коэффициенты размерного несоответствия о учетом сжимаемости, полученные в работе [174] .
class3 МОДЕЛЬНАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ПОЛУЧЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬ
НЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ class3
Влияние типа и концентрации примесных атомов и различий сечений рассеяния нейтронов на изменение дислокационного внутреннего трения при нейтронном облучении
Исследование поведения введенных параметров: начальной скорости изменения величины В.Т. - ,коэффициентов Я и ol, показало, как было выше отмечено, для различных сплавов интересную закономерность. На первый взгляд является очевидным, что два фактора будут в основном обусловливать изменение вышеуказанных величин -это тип и концентрация примесных атомов, конечно, в неизменных условиях эксперимента. Логично предположить, что, во-первых, увеличение концентрации одного типа примеси приведет к росту числа примесных атомов в области дислокации, и сплав с большей концентрацией примеси будет в меньшей степени реагировать с точки зрения неупругих дислокационных свойств на нейтронное облучение, так как подход радиационных дефектов к дислокации затруднится из-за наличия в ее области значительной концентрации примесных атомов, то есть из-за ее насыщенности. Этот эффект влияния концентрации примеси на изменение введенных параметров достаточно подробно исследовали и все сказанное выше для изучаемых сплавов экспериментально подтверждается.
Во-вторых, из казалось бы простой аналогии следует ожидать, что и увеличение в области дислокации концентрации различных по типу примесных атомов должно приводить к подобному эффекту. Выше в главе 2 на рис. 2.7 показана зависимость параметров %р А и Л для сплавов с одной концентрацией примеси в объеме от коэффициента размерного несоответствия атомов примеси и атомов матрицы с учетом сжимаемости.
В работе Криштала [162] было показано, что чем большн коэффициент размерного несоответствия h , тем больше энергия связи "примесь-дислокация11 и тем выше концентрация таких примесных атомов в области дислокации.
Вместе с тем, рис. 2.13 показывает, что чем значительнее коэффициент объемного несоответствия атомов примеси {? с учетом сжимаемости, то есть чем выше их концентрация в области дислокации, тем значительнее изменяется дислокационное внутреннее трение такого сплава при нейтронном облучении. Таким образом, экспериментальные результаты дают эффект, не находящийся в соответствии с логическими рассуждениями, проведенными в рамках представлений об упругом континууме и насищений дислокации примесными атомами. Облучение и взаимодействие радиационных дефектов с дислокациями вносят больший вклад в изменение дислокационного внутреннего трения сплавов с примесями, имеющими большую энергию связи с дислокацией, и концентрация которых выше в атмосфере и ядре дислокации.
В связи с этим в работе [186] сделано предположение, что существенное изменение дислокационного внутреннего трения при нейтронном облучении связано с типом примеси, сконденсированной в области дислокации, и во многом с различием сечений рассеивания ядер атомов примеси и матрицы при облучении нейтронами.
