Радиационного охрупчивания

В книге обобщены теоретические и экспериментальные исследования по наиболее важным вопросам физики радиационных повреждений (первичные повреждения, радиационное упрочнение и охрупчивание, радиационное распухание и рост материалов).

РАДИАЦИОННОЕ УПРОЧНЕНИЕ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

§ 1. Параметры, характеризующие радиационное упрочнение 55

§ 1. ПАРАМЕТРЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ РАДИАЦИОННОЕ УПРОЧНЕНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ТЕЛ

Глава 3. Радиационное упрочнение металлов и сплавов

§ 1. Параметры, характеризующие радиационное упрочнение 57

Глава 3. Радиационное упрочнение металлов и сплавов

§ 1. Параметры, характеризующие радиационное упрочнение

Глава 3. Радиационное упрочнение металлов и сплавов

Глава 3. Радиационное упрочнение металлов и сплавов

Глава 3. Радиационное упрочнение металлов и сплавов

Недостаточное понимание явления радиационного охрупчивания и возможных его последствий в настоящее время компенсируется эксплуатацией реакторов в далеко не оптимальном режиме, принятием мер по снижению нейтронного потока на стенки корпуса (что приводит к нерациональному использованию объема активной зоны), а также реализацией дорогой системы инспекции состояния материала корпуса. И хотя в последнее время разработаны новые более устойчивые к охрупчиванию сорта стали, проблема остается нерешенной и в связи с эксплуатацией построенных ранее реакторов,

В настоящее время распространены главным образом две точки зрения на механизм ВТРО. Первоначальный механизм ВТРО был предложен Барнсом [6], который предположил, что образующийся в материале в результате (п, а)-реакций гелий при повышенных температурах мигрирует к границам зерен и, выделяясь на них в виде пузырьков, разупрочняет их и тем самым способствует падению пластичности материала. Существует другая, выдвинутая учеными НИИАР *, точка зрения [7], согласно которой в основе высокотемпературного радиационного охрупчивания лежат те же процессы, ответственные за охрупчивание без облучения, но облучение ускоряет этот процесс.

ВТРО было открыто сравнительно недавно — в 1963 г.— одновременно советскими и зарубежными исследователями [98]. Это явление заключается в значительном и необратимом снижении пластичности облученного материала при его испытании при температурах выше 0,5 Тпл . ВТРО наблюдали на аустенитных сталях [1 _ 8, 13—24, 27—43, 55—72], никеле и его сплавах [6, 9, 13, 18, 21, 23, 25, 26, 33, 36], алюминии [32], ванадии [101, меди и ее сплавах [52], ферритных сталях [21, 39, 44] и др. Высокотемпературное радиационное охрупчивание проявляется только на поликристаллических материалах; на монокристаллах это явление не наблюдается [25], что свидетельствует о связи ВТРО с процессами, происходящими на границе зерен. Действительно, материалы, на которых наблюдается ВТРО, разрушаются преимущественно по границам зерен. Высокотемпературное радиационное охрупчивание в отличие от обычного низкотемпературного радиационного охрупчивания не может быть устранено длительным отжигом при высоких температурах.

Большинство гипотез о механизме высокотемпературного радиационного охрупчивания основывается на результатах, полу-

чем предел текучести необлученного), однако пластичность облученных образцов при высоких температурах, вплоть до температуры плавления, остается меньше, чем необлученных. Длительный отжиг образцов при высоких температурах не устраняет полностью высокотемпературного радиационного охрупчивания [2, 7, 9, 13, 15, 61]. На 42 [6] показано влияние отжига при 980" С в течение 1 ч на возврат равномерного удлинения стали 347, облученной до дозы 2,1 • Ю22 н/см2. Аналогичные результаты получены для сталей Х20Н15, Х20Н40, Х20Н60, никеля и других материалов типа аустенитных сталей и сплавов типа твердого раствора, отожженных после облучения при 10509 С [54]. Материалы с легирующими добавками, вызывающими дисперсное старение (например, Х15Н35ВЗТ и ХН77ТЮР,) в результате послерадиацион-ного отжига имеют худшую пластичность, чем до отжига [131.

ЭффеКТ высокотемпературного радиационного охрупчивания проявляется после облучения материала до так называемой пороговой дозы. Пороговая доза зависит от химического состава материала, типа кристаллической решетки, размера зерна, меха-

нейтронах (EBR-II). Поэтому для материалов термоядерных реакторов проблема гелия является одной из наиболее существенных. На высокотемпературное радиационное охрупчивание существенное влияние оказывает нейтронный спектр реакторов. В работе [7] показано, что экранирование потока тепловых нейтронов с помощью кадмиевого экрана позволяет избежать высокотемпературного радиационного охрупчивания сталей типа 20Cr — 15N1 и 316; контрольные образцы, установленные в этом эксперименте без экрана, обнаружили ВТРО, начиная с 650° С, при дозе 2-Ю19 н/см2. Для стали 20Cr — 20Ni, стабилизированной титаном, установлена корреляция между потерей пластичности и концентрацией гелия, образующегося под облучением за счет (п, а-реакций) ( 44).

В предыдущих разделах показано, что ВТРО сложным образом зависит от многих факторов. Тем не менее, анализируя накопленные экспериментальные данные, можно оценить влияние различных параметров на ВТРО конструкционных материалов и проанализировать гипотезы о механизме высокотемпературного радиационного охрупчивания.

Существенную роль гелия в явлении высокотемпературного радиационного охрупчивания также нельзя отрицать — об этом свидетельствуют эксперименты по охрупчиванию материалов, насыщенных гелием путем имплантации ос-частиц на циклотроне [4, 8, 14, 26] или по методу «тритиевого трюка» [99].

Одна из первых гипотез о механизме высокотемпературного радиационного охрупчивания принадлежит Барнсу [15]. Главная роль в ВТРО, по Барнсу, отводится гелию, образующемуся при облучении за счет (п, а-)-реакций. Гелий практически не растворим в металлах, и, как показывают эксперименты [35], плотность гелиевых пузырьков на границах зерен значительно выше, чем внутри зерна. Согласно проведенным оценкам [35], большая часть атомов гелия находится в пузырьках.

5. Зеленский В. Ф., Ожигов П. С., Неклюдов И. М., Пархоменко А. А. Имитация и изучение с помощью ускорителей заряженных частиц радиационного упрочнения и высокотемпературного радиационного охрупчивания материалов ре-акторостроения.— В кн.: Тр. конф. по реактор, материаловедению, Алушта, 1978. М. : ЦНИИАтоминформ, 1978, т. 2, с. 192—213.