Влияние цикла «облучение - отжиг – облучение» на механические свойства чистой меди и сплава на основе меди, применяемых в ИТЭР

Влияние цикла «облучение - отжиг – облучение» на механические свойства чистой меди и сплава на основе меди, применяемых в ИТЭР

1, A. С. Покровский 2, 2

1 НИИЭФА им. , 196641 Ст. Петербург, Россия
2 НИИАР, 433510 Димитровград, Россия


Введение

Проблема низкотемпературного радиационного охрупчивания чистой меди изучается с 60-х годов ХХ века. Уже в первых работах Blewitt, Makin [1,2] было установлено, что облучение чистой меди при 60°С до доз ~ 1019 н/см2 приводит к появлению зуба текучести на диаграммах деформации, упрочнению и сокращению равномерного и полного удлинения. Несколько позже были получены первые дозные зависимости радиационного упрочнения чистой меди [2, 3]. Эффект отжига при температурах 250 – 650°С оценивался в основном по изменению электропроводности и дефектной структуры облученных образцов меди [4]. Было показано, что отжиг при температурах выше 0.4Tmelting может достаточно эффективно снижать плотность комплексов радиационных дефектов в меди.

В последние годы в рамках работ по проекту ИТЭР появился и практический интерес к этой проблеме. Возникла идея использовать штатный режим прогрева компонентов вакуумной камеры ИТЭР (bake out), проводимый для их дегазации, также и для частичного восстановления механических свойств облученных материалов. Так как сплавы меди типа GlidCopAl25 IG, CuCrZr IG имеет очень острую дозную зависимость упрочнения и охрупчивания [5,6] , то в первую очередь внимание было уделено влиянию режима (bake out) на эти материалы. В годах были опубликованы первые работы [7, 8] демонстрирующие эффективность (bake out) процедуры. Так после облучения до 0.01 – 0.3 с. н.а. при 100°С [7] отжиг при 300°С, 50 часов, существенно восстанавливал пластичность OFHC Cu. В работе [8] было показано, что и после облучения pure Cu и сплавов CuCrZrIG and GlidCopAl25IG при 150°С до 0.4 с. н.а. отжиг при 350°С в течение 10 часов позволяет восстановить значение пластичности до значений близких к таковым для необлученных материалов. После облучения при 150°С до более высоких доз ~2 сна отжиг при 350°С, 10 часов лишь частично восстанавливает равномерное удлинение сплавов до уровня 30 – 50 % от исходного [8].

Однако до сих пор не было получено данных по влиянию последующего облучения на свойства облученных и затем отожженных сплавов меди. В процессе эксплуатации компоненты ИТЭР будут подвергаться циклу «облучение – отжиг – облучение» (IAI). В принципе такой цикл может многократно повторяться. Возможны два сценария поведения сплавов меди цикле. В первом варианте после облучения, отжига и последующего облучения сплав меди будет упрочняться и охрупчиваться сильнее, чем сплав просто облученный до той же дозы. В таком случае реальная эффективность bake out практически равна нулю.

В оптимистическом сценарии материал должен после облучения и отжига слабее охрупчиваться при последующих облучениях и уровень охрупчивания после цикла будет меньше, чем для простого облучения сплава меди до той же дозы.

Чтобы получить ответ на вопрос, какой из этих вариантов осуществляется на практике и был поставлен настоящий эксперимент, в котором исследовалось влияние режима bake out на последующее радиационное упрочнение и охрупчивание pure Cu и сплава меди GlidCopAl25 IG.

Техника эксперимента

В работе представлены результаты двух облучательных экспериментов. Первый по исследования влияния однократного отжига проводился в реакторе СМ-2. Второй по изучению влияния цикла «облучение – bake out – облучение» (IAI) был проведен в реакторе РБТ-6. В принципе предшествующая работа [9] показала, что в области доз ~
10-3 с. н.а., облучение в СМ-2, за счет более высокого потока тепловых нейтронов, приводит к большему упрочнению и охрупчиванию, чем в РБТ-6, однако качественно все наблюдаемые эффекты при облучении в этих реакторах схожи, а при дозах облучения ~ 10-2 – 10-1 с. н.а., практически совпадают и количественно.

В работе исследовались pure Cu (99.987%), с размером зерен 36 мкм в отожженном состоянии (550°С, 2 часа) и сплав GlidCopAl25 IG (crossroled+annealed). В работе использовались плоские образцы STS типа с длиной рабочей части 10 мм, толщиной 1 мм.

Первый облучательный эксперимент проводили в реакторе СМ-2. Образцы были облучены в трех облучательных устройствах в течение 12, 120 и 1253 часов, что обеспечило накопление в них повреждающей дозы ~10-3, 10-2 и 10-1 с. н.а. соответственно. Температура облучения составляла 80 ± 5°С и контролировалась термопарами. Образцы были облучены в герметичных капрулах, заполненных гелием. Техника облучения подробно описана в [9]. После облучения часть образцов была испытана на растяжение, а часть была отожжена в вакууме при 350°С 10 часов и затем испытана на растяжение.

Второй облучательный эксперимент осуществлялся в реакторе РБТ-6. Пять облучательных устройств были облучены в течениечасов, что обеспечило накопление в них повреждающей дозы в интервале 10-3 ÷ 10-1 с. н.а. Режимы и дозы облучения этих пяти ампул приведены в Таблице 1. Температура облучения составляла 75 ± 5°С и контролировалась термопарами.

Еще четыре облучательных устройства облучались в РБТ-6 в тех же условиях и при этом, подвергались промежуточному отжигу и последующему облучению. На примере ампулы 2 опишем технологию осуществления IAI цикла. Ампула облучалась в реакторе до достижения дозы 0.0014 сна, затем она извлекалась из облучательной ячейки реактора, помещалась в специальную печь и отжигалась при 250°С в течение 24 часов. После отжига ампула опять устанавливалась в туже ячейку реактора, и проводилось второе облучение до дозы 0.004 сна. После завершения IAI цикла ампула извлекалась из реактора, разрезалась, извлеченные из нее образцы испытывались на растяжение при 80°С. Конкретные режимы облучения и отжига всех 4-х IAI ампул представлены Таблице 1. Ампулы были заполнены гелием и таким образом образцы облучались и отжигались в гелии.

Образцы испытывались на растяжение в вакууме при Тисп=80°С со скоростью 1.66*10-3 сек-1. Было выполнено исследование структуры образцов (ПЭМ). В обоих облучательных экспериментах исследовались идентичные образцы, изготовленные из одного куска данного материала. Для эксперимента выполненного в СМ-2 на точку испытывалось 3 - 4 образца, в РБТ-6, 2 – 3 образца.

Результаты

Эксперимент в СМ-2

На рисунке 1 а) приведена типичные диаграммы растяжения (stress-strain curves) pure Cu в исходном состоянии, после облучения до доз ~10-3, 10-1 с. н.а. а также диаграммы образцов облученных до доз ~10-3, 10-1 с. н.а. и затем отожженных при 350°С 10 часов. Диаграммы при дозе 10-2 сна в целом подобны таковым для дозы 10-1 сна и поэтому для большей ясности графика на Рис.1 отсутствуют. Как следует из рисунка 1а) облучение до дозы 10-1 с. н.а. приводит к появлению зуба текучести (yielding) на диаграммах деформации чистой меди. После отжига при 350°С 10 часов зуб текучести исчезает, диаграмма деформации становится близкой к наблюдаемой для необлученного материала, хотя уровень предела текучести облученной чистой меди после отжига все же на 30 – 50 МРа выше, чем у необлученной.

На рисунке 1б) представлена типичная диаграмма растяжения сплава GlidCopAl25 в исходном состоянии, облученного до доз 10-3, 10-1 с. н.а. и, облученных до примерно тех же доз а затем отожженных при 350°С 10 часов. Так же как и для pure Cu облучение до доз 10-2 и 10-1 с. н.а. приводит к появлению зуба текучести. После отжига при 350°С 10 часов зуб текучести на диаграммах деформации GlidCopAl25IG исчезает, и хотя некоторое упрочнение сохраняется, все же диаграммы отожженных образцов весьма сходны с диаграммой испытания необлученного сплава.

На рисунке 2 а), б) представлена дозная зависимость упрочнения и равномерного удлинения облученных образцов и образцов отожженных после облучения. Такие же зависимости для GlidCopAl25IG представлены на рисунке 3 а), б).

В целом облучение приводит к снижению уровня радиационного упрочнения pure Cu примерно на 50 MPa при дозе 10-3 с. н.а. и 130 МРа при дозе 10-1 с. н.а. Равномерное удлинение pure Cu восстанавливается до значений 70 – 80 % от исходного при 10-3 с. н.а. и составляет 40% от исходного для 10-1 с. н.а. Отжиг облученных до 10-3 с. н.а. образцов сплава GludCop IG практически не влияет на упрочнение и охрупчивание сплава.

Однако при дозах ~10-2 и 10-1 с. н.а., отжиг снижает уровень радиационного упрочнения на 40 МРа и 120 МРа соответственно (Рис. 3а). Равномерное удлинение облученных образцов после отжига восстанавливается до значений близких к исходным (Рис. 3б).

В целом, очевидно, что отжиг приводит к существенному облегчению процессов деформации в облученных материалах, резкому падению радиационного упрочнения, исчезновению зуба текучести и восстановлению равномерного удлинения облученных образцов до значений близких к исходным.

Из Рис.2а и 3а следует, что отжиг полностью не убирает радиационного упрочнения pure Сu and GlidCopAl25IG . Остаточный уровень упрочнения после отжига составляет заметную величну~50÷80 МРа. Следовательно, можно ожидать накопления уровня упрочнения в IAI циклах, за счет суммирования остаточных уровней упрочнения.

ПЭМ

ПЭМ исследования структуры облученных в СМ-2 образцов чистой меди показали, что структура насыщена комплексами дефектов (Рис. 4 а, б). Плотность дефектов увеличивается с ростом дозы облучения и достигает при дозе 10-1 с. н.а. величины ~ 1х1023 1/м3. Анализ структур комплексов дефектов показал, что их можно принципиально разделить на 2 типа: тетраэдры дефектов упаковки - stacking fault thetraedra (SFT) (Рис. 4б) и дислокационные петли - dislocation loops (DL). Такая структура комплексов дефектов типична для облученной при 60 – 100°С чистой меди и наблюдалась во многих работах [10,11]. В работах [10-12] было показано, что stacking fault thetraedra (SFT) являются комплексами вакансионного типа, а dislocation loops (DL)– межузельного типа. В таблице 2 приведены результаты обсчета плотности комплексов дефектов в облученных структурах, полученных на основе обработки ПЭМ изображений.

Как видно из рис. 4б при дозе 10-2 с. н.а. плотность комплексов дефектов также высока. При этом наблюдаются крупные петли и сегменты дислокаций, зависшие на комплексах, как на стопорах. В большинстве случаев сегменты дислокаций декорированы мелкими петлями диаметром ~ 10 нм (Рис. 4б). Декорированные петлями линии дислокаций наблюдали в облученной до 10-2 –10-1 сна при 80°С в OFHC copper Singh et al [7]. Характерно, что в облученных образцах не наблюдается зон свободных от дефектов вдоль границ зерен (Рис. 4а).

Отжиг при 350°С 10 часов приводит к драматическому изменению структуры облученных образцов. Резко, почти на порядок снижается плотность дислокационных петель. SFT несколько увеличиваются в размере (примерно на 30%), плотность их также низка (Рис. 4 в). На наблюдаемых дислокационных сегментах декорация петлями отсутствует (Рис. 4 г). Возле границ зерен наблюдаются зоны свободные от комплексов дефектов шириной ~ 600 нм. При отжиге происходит рост дислокационных петель и объединение их в дислокационные сетки. Такие сетки чередуются внутри зерен с участками практически свободными от дислокаций и содержащими только SFT (Рис. 4 г).

Таким образом выдержка облученных образцов pure Cu при 350°С 10 часов приводит к отжигу дислокационных петель межузельного типа, падению плотности SFT, освобождению дислокаций от декорирующих петель. Очевидно, что все эти изменения структуры облегчают перемещение дислокаций в отожженных образцах. Соответственно этому уменьшается упрочнение и увеличивается равномерное удлинение отожженных образцов, как это следует из диаграмм деформации pure Cu (Рис. 1 а).

2. Эксперимент в РБТ-6

На Рис. 5 а, б представлены диаграммы деформации (engineering stress-stain curves) образцов чистой меди 5а) и сплава GlidCop IG 5б) в исходном состоянии и после облучения в интервале доз 10-3 ÷ 10-1 с. н.а. в реакторе РБТ-6.

Как следует из рисунка 5 облучение при 80°С приводит к монотонному росту предела текучести и падению удлинения обоих материалов с ростом дозы облучения. Очевидно, что хотя уровень предела текучести сплава GlidCopIG на 280 МРа выше, чем для pure Cu, уровень радиационного упрочнения этих материалов довольно близок. Только в образцах облученных до минимальной дозы ~0.0014 с. н.а. зуб текучести отсутствует. При всех более высоких дозах облучения в pure Cu и GlidCopIG в области малых( ~1% ) деформаций наблюдается зуб текучести.

На Рис. 6 а, б представлены диаграммы деформации образцов pure Cu a) и GlidCopIG б) подвергнутых циклу облучение-отжиг-облучение. Для чистой меди однократный цикл (IAI) приводит к значительному радиационному упрочнению, при этом равномерное удлинение образцов остается на весьма высоком уровне >20%. Отсутствует зуб текучести. Двукратный цикл (IAI) обуславливает появление на диаграммах деформации зуба текучести, особенно явно выраженного после облучения до максимальной дозы 0.0129 с. н.а.

Сравнение Рисунков 5а и 6а показывает, что в целом деформационное поведение образцов подвергнутых промежуточному отжигу подобно поведению образцов просто облученных до близкой дозы, однако, уровень упрочнения первых несколько ниже.

Сплав GlidCopIG (Рис. 6б) после однократного цикла IAI, как и чистая медь показывает отсутствие зуба текучести. Равномерное удлинение составляет ~4%. Радиационное упрочнение составляет ~80 МРа, что близко к величине Dsy наблюдаемой для образцов облученных до 0.004 с. н.а. (Рис. 3).

Двукратный цикл IAI приводит к появлению зуба текучести на кривой деформирования (Рис. 6а). В целом, диаграммы растяжения таких образцов похожи на типичные для образцов просто облученных до дозы ~10-2 с. н.а.

Одним из примечательных результатов эксперимента является, то, что промежуточные отжиги при 250°С и 350°С оказались практически эквивалентными по своему влиянию на свойства pure Cu и GlidCopIG. При однократном цикле IAI кривая деформации для pure Cu и GlidCopIG, отожженных при 250°С и 350°С, практически совпадает. При двукратном цикле IAI у образцов, отожженных при 350°С, упрочнение и охрупчивание выражено сильнее, чем у образцов, отожженных при 250°С, но это тривиально связано с более высокой дозой облучения образцов, отожженных при 350°С.

Дозные зависимости

Так как предшествующий эксперимент в СМ-2 позволял оценить уровень возврата прочностных и пластических свойств материалов только при отжиге при 350°С, 10 часов после облучения в СМ-2, то были выполнены отжиги при 250°С в течение 24 часов образцов, облученных в РБТ-6, , то есть по тому же режиму, который проводился в рамках IAI отжига. На рисунке 7 представлена экспериментальная зависимость радиационного упрочнения pure Cu от дозы облучения, для облученных, облученных и отожженных, и прошедших IAI цикл образцов pure Cu (реактор РБТ-6). Там же представлена возможная схема изменения радиационного упрочнения в ходе IAI цикла. Поведение сплава GlidCopIG в цикле в целом подобно поведению чистой меди (Рис.8).

Влияние IAI цикла на чистую медь

Однократный цикл:

Облучение до 0.0014 с. н.а. приводит к упрочнению pure Cu на 80 МРа, после отжига при 250°С, 24 часа Dsy падает до 35 МРа ( как это следует из экспериментов по однократному отжигу). Последующее второе облучение приводит к приросту упрочнения до уровня ~120 МРа, заметно меньшему, чем должно быть (по кривой упрочнения) для образцов просто облученных до той же дозы. Образцы отожженные при 250°С, 24 часа имеют и достаточно высокий уровень равномерного удлинения ~20%. При отжиге при 350°С, 24 часа равномерное удлинение образцов мало ~1%, наблюдается слабо выраженный зуб текучести (Рис. 7б). Поведение сплава GlidCopIG в цикле в целом подобно поведению чистой меди.

Двукратный цикл

Двукратный цикл IAI проходит по той же схеме: 1-ый цикл «облучение – отжиг –облучение», а затем 2-ой цикл «облучение – отжиг –облучение». Отжиг снижает упрочнение читсой медит до уровня ~50 МРа и последующее облучение приводит к приросту упрочнения до Dsy~150 МРа. И в этом случае промежуточный отжиг приводит к упрочнению до значений меньших, чем для образцов просто облученных до данной дозы. Образцы при этом имеют низкое равномерное удлинение, связанное с нестабильностью деформации на ее ранних стадиях (ε<1%)..

Таким образом, можно заключить, что хотя отжиг и не снимает упрочнение полностью, последующие облучения не только не приводят к суммированию уровня остаточного Dsy1 (облученного и отожженного образца) и Dsy2 - упрочнения при следующем облучении, но даже приводит к снижению этого уровня. Проанализируем это на примере чистой меди.

Если бы проходило аддитивное сложение упрочнения, то мы бы имели в результате однократного IAI цикла

Ssadd=Dsy 1 irr & anneal+Ds0.004dpa=165 MPa,

где Dsy1 irr & anneal =35 MPa, Ds0.004dpa=130 MPa.

Sreal=115 MPa

То есть аккумуляции повреждения в цикле не происходит. Образцы при облучении в цикле упрочняются, так будто оставшаяся в них дефектная составляющая (ответственная за упрочнение ~35 МРа) вообще не влияет на упрочнение при последующем облучении.

Влияние IAI цикла на GlidCopIG

Однократный цикл IAI приводит, как следует из Рис. 8 к упрочнению GlidCopIG до уровня упрочнения примерно на 10 МРа ниже, чем для просто облученного сплава. При этом равномерное удлинение образцов, прошедших IAI цикл остается на достаточно высоком уровне ~3 – 5%.

После двукратного цикла IAI уровень упрочнения образцов практически совпадает с таковым для просто облученных. Равномерное удлинение таких образцов также низкое ~1 – 0.2%. Как и для pure Cu образцы GlidCopIG отожженные при 250°С систематически демонстрировали более низкий уровень радиационного упрочнения и более высокую пластичность, чем образцы отожженные при 350°С, хотя разница была и невелика.

ПЭМ структура, образцов чистой меди, облученных в РБТ-6.

Просто облученная медь

Как видно из Рис. 9 ПЭМ структура pure Cu, облученного до 0.086 с. н.а. - а) и 0.0154 с. н.а. – б), в), г) в целом подобна ПЭМ структуре pure Cu, облученной в СМ-2 (Рис. 4 a, б) до близких доз. В структуре присутствуют SFT плотностью ~1023 1/m3 и дислокационные петли плотностью ~1022 1/m3 (при 0.0154 с. н.а.). Средний размер SFT ~ 2 nm, петель ~ 10 nm. Как следует из Таблицы 2 при дозе ~ 10-2 dpa параметры дефектной структуры образцов облученных в РБТ и СМ-2 довольно близки. Однако существует некоторое различие. При дозе ~ 10-2 dpa декорация петлями дислокаций в РБТ-6 выражена заметно слабее, чем в СМ-2. Плотность петель в образцах облученных РБТ-6 несколько выше, чем в образцах облученных в СМ-2.

IAI

После однократного цикла IAI (250°С, 24 часа) ПЭМ структура pure Cu в целом подобна структуре облученной pure Cu. В образце наблюдается довольно высокая плотность SFT (Рис. 10 а, б, Таблица 2). Имеются и выраженные качественные особенности микроструктуры IAI образца. В первую очередь в нем довольно низкая плотность дислокационных сегментов. Соответственно отсутствует и декорация петлями этих сегментов. Второе, что бросается в глаза это отсутствие крупных петель (DL) в IAI образце. Мы привели отдельное измерение максимального наблюдаемого размера крупных петель во всех исследуемых образцах и оказалось, что в IAI образце это размер почти вдвое ниже (~12 nm), чем в образце просто облученном до 0.0154 с. н.а (19nm). У границ зерен в IAI образцах свободных от комплексов дефектов зон не наблюдается.

После двукратного цикла IAI (350°С, 24 часа) плотность SFT в IAI образце резко повышается (до значений бликих к наблюдаемым для образца облученного до 0.0154 сна.). Плотность петель также возрастает, но все же она ниже, чем для образца, облученного до 0.0154 с. н.а. (Рис. 10 в, г и Таблица 2). Как и в первом случае, размер больших дислокационных петель ~ 12 nm, заметно ниже, чем для просто облученных образцов. Отсутствуют зоны свободные от дефектов вдоль границ зерен. Очень низка плотность сегментов дислокаций и отсутствует декорация их петлями.

В целом, можно заключить, что цикл IAI в сравнении с облучением до той же дозы слегка увеличивает плотность SFT и практически не влияет на их размер, несколько снижает плотность и заметно уменьшает максимальный наблюдаемый размер DL. Подавление роста DL, их распространения и агломерации в дислокационные сетки снижает плотность дислокаций в IAI образцах, в них подавлены процессы взаимодействия дислокаций с петлями (декорация). В IAI образцах не наблюдается зоны свободной от дефектов вдоль границы зерен.

Можно сделать вывод, что созданная после отжига структура, содержащая относительно невысокую плотность SFT (Рис. 4 в, г), приводит при последующем облучении к некоторому подавлению роста межузельных петель.

Дискуссия.

Проведенные исследования позволяют заключить, что нейтронное облучение, отжиг, IAI цикл существенно влияют на структуру и деформационное поведение pure Cu. Выполненный анализ позволяет разделить это влияние на 2 процесса.

Первый это – создание в процессе облучения структуры, ответственной за блокирование дислокационных источников, стопорение дислокаций, декорацию мелкими петлями дислокационных сегментов. Все эти факторы препятствуют старту деформации и приводят к приросту наблюдаемого в эксперименте предела текучести, а также при дозах облучения >0.008 сна к появлению на диаграммах деформации зуба текучести. Появление зуба текучести и участка нестабильной деформации в чистой меди облученной при 100°С до 0.01-0.3 сна при деформациях e~0.01~0.03 в работе [7] связывается с отрывом дислокаций от мелких подвижных петель (glissade loops), декорирующих линии дислокаций под облучением.

Влияние комплексов радиационных дефектов на прирост предела текучести чистой меди изучался в целом ряде работ [10, 11] и для количественной оценки Dsy было предложено использовать формулу:

Dsy=ammb(Nd),

где N плотность комплексов, а d их диаметр.

Сложность вопроса оценки Dsy с использованием формулы [1] заключается в том, что в облученной pure Cu присутствует два типа дефектов SFT и DL, которые имеют различную a -(прочность). Однако, учитывая, что в облученных образцах плотность SFT более, чем в 10 раз выше, чем DL, можно, также как это сделали авторы работы [7] пренебречь влиянием DL, а использовать в формуле (1), только данные N и d для SFT. Хотя, в принципе, из таблицы 2 следует, что вклад от DL в упрочнение, даже если положить aSFT=aDL может составить до 30% (интуитивно представляется, что aDL>aSFT). По видимому, необходимы отдельные специальные эксперименты для оценки вклада SFT и DLв упрочнение по отдельности.

Мы сравнили полученные нами значения по плотности SFT с кривой rSFT~Ft, построенной авторами работы [11] по результатам многочисленных экспериментов.

В области доз 0.001 – 0.1 с. н.а. наблюдается два типа поведения rSFT~Ft и rSFT~(Ft)0.5. Полученные в нашей работе ПЭМ данные по плотности SFT соответствуют rSFT~(Ft)0.5. Тогда из (1) следует, что Ds~(Ft)0.25. В предшествующей работе [9] нами было показано, что предел текучести pure Cu, облученной в РБТ-6 действительно изменяется в соответствии с законом Ds~(Ft)0.25.

Отжиг образца облученного в СМ-2 до дозы ~ 10-2 cна приводит к падению плотности SFT примерно в 6 раз (таблица 2). Падение плотности SFT в 6 раз при отжиге достаточно хорошо коррелирует с наблюдаемым экспериментально падением в 3 раза при отжиге уровня упрочнения образца облученного до дозы 10-2 с. н.а.

Таким образом, полученные в работе экспериментальные значения упрочнения облученных и отожженных образцов достаточно хорошо описываются представлениями, связывающими прирост предела текучести с блокировкой дислокаций комплексами радиационных дефектов. Если использовать определенные с помощью ПЭМ значения плотности комплексов дефектов N в облученных образцах, можно получить значения прироста предела текучести Dsy~(Nd)0.5, близкие к наблюдаемым в эксперименте.

Второй эффект нейтронного облучения это резкое падение КДУ облученных образцов. Как следует из Рис. 1 и 5 нейтронное облучение резко снижает КДУ pure Cu. В работе [13] нами были получены количественные оценки влияния облучения в СМ-2 до доз 1сна на КДУ чистой меди. Резкое снижение КДУ наблюдается при дозах облучения ≥0.04 dpa. Отжиг приводит к восстановлению величины КДУ (Рис.1).

Количественное описание влияния радиационных дефектов на падение КДУ пока не развито, тем не менее, очевидно, что рост дозы облучения и плотности стопоров затрудняет множественное скольжение, способствует локализации деформации, что должно приводить к падению КДУ.

IAI цикл приводит к небольшому росту плотности SFT, некоторому падению плотности DL и уменьшению размера больших петель, то есть подавлению их роста. Упрочнение и охрупчивание IAI образцов несколько ниже, чем для образцов просто облученных до этой дозы. Изучение диаграмм деформации IAI образцов (Рис. 6), ) показывает что после одного IAI цикла как чистая медь так и GlidCopIG имеют относительно невысокий уровень радиационного упрочнения и достаточно большое равномерное удлинение. Следовательно, оставшиеся после отжига в структуре материалов SFT не усиливают радиационное упрочнение при последующем облучении. Это на наш взгляд также указывает на то, что DL играют заметную роль в радиационном упрочнении, Не наблюдается аддитивного сложения уровней радиационного упрочнения материалов после отжига и последующего облучения.

Двукратный IAI цикл приводит к появлению зуба текучести на диаграммах. Тем не менее даже после зуба текучести чистая медь все же сохраняет способность к деформированию и величины деформации до потери устойчивости составляют 15-20%. Уровень упрочнения образцов после двух IAI циклов несколько ниже чем для образцов просто облученных до той же дозы. Таким образом, повторение цикла «облучение-отжиг –облучение» также не приводит к аккумуляции повреждения в циклах. Структура созданная в облученных образцах после отжига оказывается достаточно устойчивой к последующему облучению.

Детальный анализ процессов деформации и ПЭМ исследования выполнялись в основном для чистой меди. В тоже время сравнение диаграмм деформации и структуры чистой меди и сплава GlidCopIG (Рис. 1, 5 и 6) показывает, что качественно оба этих материала ведут себя под облучением и в IAI цикле весьма похоже. Различие лишь в значительно более высокой прочности и меньшей пластичности сплава GlidCopIG. По видимому, такое сходство определяется тем, что процессы упрочнения и охрупчивания контролируются плотностью радиационных дефектов в медной матрице, а влияние на формирование комплексов радиационных дефектов мелких – 8 нм частиц Al2O3 в сплаве GlidCopIG является эффектом второго порядка.

Выводы

Проведенные исследования показали, что однократный и двукратный IAI cycle не приводит к аккумуляции охрупчивания pure Cu и сплава GlidCopIG в циклах. Радиационное упрочнение и охрупчивание сплава GlidCopIG прошедшего двукратный IAI цикл - 0.0014 с. н.а.+350°С, 24 часа + 0.004 с. н.а.+350°С, 24 часа + 0.013 с. н.а. оказалось на уровне образца, просто облученного до 0.0154 с. н.а.

Анализ ТЕМ структуры IAI образцов показал, что по сравнению с просто облученными образцами, в них подавляется рост и агломерация в сетки дислокационных петель.

Облученные образцы и образцы, прошедшие IAI цикл, при дозах облучения >0.0085 dpa демонстрировали зуб текучести. Однако после зуба все они деформировались с достаточно высоким коэффициентом деформационного упрочнения. То есть облученный материал сохранял способность к упрочнению. При более высоких дозах облучения
(~10-1 сна), образцы после зуба текучести, теряли способность к упрочнению, и их равномерная деформация была очень мала <1%.

Выполненные эксперименты позволяют заключить, что (bake out) режим промежуточного отжига создает в материале структуру (относительно невысокую плотность SFT), достаточно устойчивую к последующему облучению.

Сделан вывод, что режим bake out имеет хорошие перспективы, как технологическая процедура уменьшающая степень охрупчивания сплавов меди для ИТЭР.

Благодарности

Авторы выражают благодарность В. Барабашу за ценные советы при обсуждение идеи эксперимента.

Литература

1.  T. Blewitt, R. Coltman and J. Redman in the Proceedings of an International conference “Dislocation and Mechanical properties of crystals”, Lake Placid, US SepПЭМber 6-8, 1956, New York, 1957, p.125-146

2.  M. J.Makin “Radiation damage in face centered cubic metals and alloys” in Radiation Effects, W. F. Sheely, Ed., Gordon and Breach Science publishers, New York, 1967, pp.627-669

3.  I. A. El-Shanshoury, J. Nucl. Mat. 45 (1972/19

4.  T. Blewitt, R. Coltman, J. Appl. Phys 28 (19

A. S. Pokrovsky, S. A. Fabritsiev, D. J. Edwards, S. J. Zinkle, A. F. Rowcliffe
J. Nucl. Mat., 283-287, (20

6.  D. J. Edwards, B. N. Singh, Q. Xu, P. Toft, J. Nucl. Mater.307-311 (20

7.  B. N. Singh, D. J. Edwards, P. Toft, J. Nucl. Mater. 299 (20– 218

S. A. Fabritsiev, A. S. Pokrovsky, J. Nucl. Mat., 307-311 (2002), 431-442 S. A. Fabritsiev, A. S. Pokrovsky, J. Nucl. Mat., 306 (2002), 78-83 S. J.Zinkle, J. Nucl. Mat. 150 (19B. N.Singh, D. J.Edwards, P. Toft, J. Nucl. Mater. Volume 238 (1996), 244 – 259 B. N. Singh and S. J. Zinkle, J. Nucl. Mater. 206, (19S. A. Fabritsiev, A. S. Pokrovsky, Fusion Engineering and Design 65 (20



Подпишитесь на рассылку:


Облучение


Проекты по теме:

Облучье
А
Б
В
Г
Д
Ж
З
И
К
Л
М
Н
О
П
Р
С
Т
У
Ф
Х
Ц
Ч
Э
Основные порталы, построенные редакторами

Домашний очаг

ДомДачаСадоводствоДетиАктивность ребенкаИгрыКрасотаЖенщины(Беременность)СемьяХобби
Здоровье: • АнатомияБолезниВредные привычкиДиагностикаНародная медицинаПервая помощьПитаниеФармацевтика
История: СССРИстория РоссииРоссийская Империя
Окружающий мир: Животный мирДомашние животныеНасекомыеРастенияПриродаКатаклизмыКосмосКлиматСтихийные бедствия

Справочная информация

ДокументыЗаконыИзвещенияУтверждения документовДоговораЗапросы предложенийТехнические заданияПланы развитияДокументоведениеАналитикаМероприятияКонкурсыИтогиАдминистрации городовПриказыКонтрактыВыполнение работПротоколы рассмотрения заявокАукционыПроектыПротоколыБюджетные организации
МуниципалитетыРайоныОбразованияПрограммы
Отчеты: • по упоминаниямДокументная базаЦенные бумаги
Положения: • Финансовые документы
Постановления: • Рубрикатор по темамФинансыгорода Российской Федерациирегионыпо точным датам
Регламенты
Термины: • Научная терминологияФинансоваяЭкономическая
Время: • Даты2015 год2016 год
Документы в финансовой сферев инвестиционнойФинансовые документы - программы

Техника

АвиацияАвтоВычислительная техникаОборудование(Электрооборудование)РадиоТехнологии(Аудио-видео)(Компьютеры)

Общество

БезопасностьГражданские права и свободыИскусство(Музыка)Культура(Этика)Мировые именаПолитика(Геополитика)(Идеологические конфликты)ВластьЗаговоры и переворотыГражданская позицияМиграцияРелигии и верования(Конфессии)ХристианствоМифологияРазвлеченияМасс МедиаСпорт (Боевые искусства)ТранспортТуризм
Войны и конфликты: АрмияВоенная техникаЗвания и награды

Образование и наука

Наука: Контрольные работыНаучно-технический прогрессПедагогикаРабочие программыФакультетыМетодические рекомендацииШколаПрофессиональное образованиеМотивация учащихся
Предметы: БиологияГеографияГеологияИсторияЛитератураЛитературные жанрыЛитературные героиМатематикаМедицинаМузыкаПравоЖилищное правоЗемельное правоУголовное правоКодексыПсихология (Логика) • Русский языкСоциологияФизикаФилологияФилософияХимияЮриспруденция

Мир

Регионы: АзияАмерикаАфрикаЕвропаПрибалтикаЕвропейская политикаОкеанияГорода мира
Россия: • МоскваКавказ
Регионы РоссииПрограммы регионовЭкономика

Бизнес и финансы

Бизнес: • БанкиБогатство и благосостояниеКоррупция(Преступность)МаркетингМенеджментИнвестицииЦенные бумаги: • УправлениеОткрытые акционерные обществаПроектыДокументыЦенные бумаги - контрольЦенные бумаги - оценкиОблигацииДолгиВалютаНедвижимость(Аренда)ПрофессииРаботаТорговляУслугиФинансыСтрахованиеБюджетФинансовые услугиКредитыКомпанииГосударственные предприятияЭкономикаМакроэкономикаМикроэкономикаНалогиАудит
Промышленность: • МеталлургияНефтьСельское хозяйствоЭнергетика
СтроительствоАрхитектураИнтерьерПолы и перекрытияПроцесс строительстваСтроительные материалыТеплоизоляцияЭкстерьерОрганизация и управление производством

Каталог авторов (частные аккаунты)

Авто

АвтосервисАвтозапчастиТовары для автоАвтотехцентрыАвтоаксессуарыавтозапчасти для иномарокКузовной ремонтАвторемонт и техобслуживаниеРемонт ходовой части автомобиляАвтохимиямаслатехцентрыРемонт бензиновых двигателейремонт автоэлектрикиремонт АКППШиномонтаж

Бизнес

Автоматизация бизнес-процессовИнтернет-магазиныСтроительствоТелефонная связьОптовые компании

Досуг

ДосугРазвлеченияТворчествоОбщественное питаниеРестораныБарыКафеКофейниНочные клубыЛитература

Технологии

Автоматизация производственных процессовИнтернетИнтернет-провайдерыСвязьИнформационные технологииIT-компанииWEB-студииПродвижение web-сайтовПродажа программного обеспеченияКоммутационное оборудованиеIP-телефония

Инфраструктура

ГородВластьАдминистрации районовСудыКоммунальные услугиПодростковые клубыОбщественные организацииГородские информационные сайты

Наука

ПедагогикаОбразованиеШколыОбучениеУчителя

Товары

Торговые компанииТоргово-сервисные компанииМобильные телефоныАксессуары к мобильным телефонамНавигационное оборудование

Услуги

Бытовые услугиТелекоммуникационные компанииДоставка готовых блюдОрганизация и проведение праздниковРемонт мобильных устройствАтелье швейныеХимчистки одеждыСервисные центрыФотоуслугиПраздничные агентства

Блокирование содержания является нарушением Правил пользования сайтом. Администрация сайта оставляет за собой право отклонять в доступе к содержанию в случае выявления блокировок.