Растворение интерметаллидов в каскадах смещения при нейтронном облучении дисперсионно-твердеющих сплавов
Методом мессбауэровской спектроскопии показано активное низкотемпературное (340 K) растворение дисперсных интерметаллидов Ni3Ti в ГЦК-матрице инварного сплава Fe-Ni-Ti при каскадообразующем нейтронном облучении, которое существенно интенсифицируется с уменьшением исходного размера частиц. С увеличен...
Saved in:
| Published in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Date: | 2000 |
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2000
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78207 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Растворение интерметаллидов в каскадах смещения при нейтронном облучении дисперсионно-твердеющих сплавов / В.В. Сагарадзе, В.М. Колосков, В.Д. Пархоменко, В.А. Шабашов, А.Р. Кузнецов, В.И. Воронин // Вопросы атомной науки и техники. — 2000. — № 4. — С. 134-138. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859737417472278528 |
|---|---|
| author | Сагарадзе, В.В. Колосков, В.М. Пархоменко, В.Д. Шабашов, В.А. Кузнецов, А.Р. Воронин, В.И. |
| author_facet | Сагарадзе, В.В. Колосков, В.М. Пархоменко, В.Д. Шабашов, В.А. Кузнецов, А.Р. Воронин, В.И. |
| citation_txt | Растворение интерметаллидов в каскадах смещения при нейтронном облучении дисперсионно-твердеющих сплавов / В.В. Сагарадзе, В.М. Колосков, В.Д. Пархоменко, В.А. Шабашов, А.Р. Кузнецов, В.И. Воронин // Вопросы атомной науки и техники. — 2000. — № 4. — С. 134-138. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Методом мессбауэровской спектроскопии показано активное низкотемпературное (340 K) растворение дисперсных интерметаллидов Ni3Ti в ГЦК-матрице инварного сплава Fe-Ni-Ti при каскадообразующем нейтронном облучении, которое существенно интенсифицируется с уменьшением исходного размера частиц. С увеличением флюенса нейтронов наряду с растворением наблюдается конкурирующий процесс выделения интерметаллидов. Теоретически построена бимодальная функция распределения γ-частиц по размерам.
|
| first_indexed | 2025-12-01T15:44:13Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.018:539.125.5.04
РАСТВОРЕНИЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДОВ В КАСКАДАХ СМЕЩЕНИЯ
ПРИ НЕЙТРОННОМ ОБЛУЧЕНИИ ДИСПЕРСИОННО- ТВЕРДЕЮ-
ЩИХ СПЛАВОВ
В.В. Сагарадзе, В.М. Колосков, В.Д. Пархоменко, В.А. Шабашов, А.Р. Кузнецов,
В.И. Воронин
Институт физики металлов УрО РАН, 620219 , г.Екатеринбург, Россия
Методом мессбауэровской спектроскопии показано активное низкотемпературное (340 K) растворение
дисперсных интерметаллидов Ni3Ti в ГЦК-матрице инварного сплава Fe-Ni-Ti при каскадообразующем ней-
тронном облучении, которое существенно интенсифицируется с уменьшением исходного размера частиц. С
увеличением флюенса нейтронов наряду с растворением наблюдается конкурирующий процесс выделения
интерметаллидов. Теоретически построена бимодальная функция распределения γ'-частиц по размерам.
1. ВВЕДЕНИЕ
Процессы растворения вторых фаз в каскадах
смещений рассмотрены теоретически в работе [1].
Экспериментальных работ, касающихся растворе-
ния частиц при ионном и особенно при нейтронном
облучениях, мало. В наиболее информативной рабо-
те [2] электронно-микроскопическим методом пока-
зано растворение достаточно крупных частиц γ-
фазы Ni3Al и одновременное образование мелких γ-
частиц в никелевых сплавах при каскадообразую-
щем ионном облучении в области повышенных тем-
ператур (923 K). Однако в этом случае трудно раз-
делить обычные термические, радиационно-уско-
ренные и неравновесные радиационно-индуцируе-
мые процессы. Авторы [3], обсуждая работу [2],
считают неприемлемой концепцию растворении γ-
частиц в каскадах смещения при анализе радиаци-
онно-индуцированных структурных изменений в
состаренном сплаве РЕ-16. Проведенная оценка [2]
низкотемпературного (298 К) растворения упорядо-
ченных интерметаллидов Ni3Al по исчезновению
сверхструктурных отражений также неоднозначна и
может быть связана только с разупорядочением ча-
стиц. Настоящее исследование посвящено мессбауэ-
ровскому изучению инициируемого нейтронами
процесса растворения частиц Ni3Ti, являющихся
распространенной фазой в реакторных сплавах с
ГЦК-решеткой.
2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВА-
НИЙ
Исследование было выполнено на стареющем
модельном инварном сплаве Н35Т3 с ГЦК-решет-
кой, содержащем (в ат. %): 34,2 Ni; 3 Ti; 0,1 C; ост.
Fe. Для анализа количества когерентной упорядо-
ченной γ-фазы Ni3Ti в облучаемом сплаве оказались
мало информативными как метод электронной ми-
кроскопии ввиду плохого разрешения дисперсных
частиц, так и метод нейтронографии, так как облу-
чение может приводить к разупорядочению фазы
Ni3Ti без ее растворения, что затрудняет количе-
ственный фазовый анализ по сверхструктурным от-
ражениям. Поэтому процесс радиационно-индуци-
рованного растворения или выделения высоконике-
левой фазы Ni3Ti, приводящий соответственно к
обогащению или обеднению аустенитной матрицы
никелем и сильно изменяющий магнитные свойства
выбранного модельного сплава, анализировали наи-
более информативным методом мессбауэровской
спектроскопии. Мессбауэровские измерения прово-
дили при 298 K на ЯГР-спектрометре с источником
57Со(Cr). Растворение дисперсной γ’-фазы в каскадах
смещения осуществляли в процессе облучения
сплава быстрыми нейтронами (флюенс 5х1019; 1020;
5x1020 нейтрон/см2) в реакторе ИВВ-2М при доста-
точно низкой температуре 340 K, чтобы по возмож-
ности избежать развития конкурирующих процессов
старения, которые активизируются при повышении
температуры. Титан в позициях замещения в коли-
чествах 2...3 мас. % практически не влияет на вид
спектров исследуемого сплава [4]. Сильное измене-
ние магнитных характеристик и, в частности, зеема-
новского размещения мессбауэровских спектров,
как было показано в работе [4], происходит вслед-
ствие растворения или выделения высоконикелевой
фазы Ni3Ti. Распределение атомов никеля в матрице
Fe-Ni-Ti сплава анализировали по функциям рас-
пределения внутреннего эффективного поля на
ядрах 57Fe Р(Н). Для реставрации функций плотно-
сти распределения Р(Н) применяли алгоритмы Вин-
доу [5] и Хессе-Рубарча [6] с регуляризацией [7]. В
качестве исходной информации использовали дан-
ные об асимметрии спектров Fe-Ni вследствие раз-
личия изомерного сдвига I.S. пара и ферромагнитно-
го аустенита и представления “размытого” магнит-
ного перехода, допускающего сосуществование пара
и ферромагнитных областей при температуре ниже
ТС. В ферромагнитной области устанавливали ва-
рьируемую линейную связь между Н и I.S. (в соот-
ветствии с моделью зависимости магнитного момен-
та на железе от ближайшего атомного окружения) и
пренебрегали анизотропными магнитным и квадру-
польным вкладами из-за малости магнитных момен-
тов на атомах Fe и Ni и кубической симметрии кри-
сталлической решетки. Критерием достоверности
Р(Н) наряду с регуляризацией являлась устойчи-
вость решений Р(Н) по отношению к различным ал-
горитмам реставрации [5,6]. Принято считать [8],
134
что пикам плотности Р(Н) с более высокими полями
соответствует увеличенная концентрация Ni в пре-
делах I координационной сферы атома Fe. Однако
количественная интерпретация пиков Р(Н) неодно-
значна вследствие наложения динамических процес-
сов в системе магнитных моментов, особенно вбли-
зи ТС, и носит скорее качественный характер. Поэто-
му для количественного анализа использовали сред-
ние величины распределенных мессбауэровских па-
раметров, например, среднее поле H, рассчитанное
как средневзвешенное: H=УНР(Н). Возможность ко-
личественного анализа по средним мессбауэровским
параметрам объясняется сильной зависимостью как
локальных, так и средних мессбауэровских парамет-
ров от локального и среднего состава сплавов. Рас-
считанные средние H использовали далее для анали-
за состава матрицы сплава Н35Т3 на основе полу-
ченных в [9] зависимостей H=f(CNi).
Сталь Н35Т3 исследовали в трех состояниях: по-
сле закалки, холодной деформации и старения.
Структуру изучали в электронном микроскопе JEM-
200CX. Изменения параметра решетки аустенита
анализировали рентгеновским методом.
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И
ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Мессбауровское исследование
растворения γ - частиц
Средний размер образующихся каскадов смеще-
ния в Fe-Ni ГЦК-сплавах типа Н36 при облучении
быстрыми нейтронами с энергией Е>0,1 МэВ в реак-
торе ИВВ-2М составляет 4...6 нм [10]. Поэтому
было интересно оценить интенсивность радиацион-
но-индуцированного растворения дисперсных ча-
стиц интерметаллидов с размерами как меньше об-
ласти каскада смещения, так и больше ее. Наиболее
мелкие когерентные частицы γ’-фазы Ni3Тi разме-
ром ~2 нм [11,12] с ГЦК–решеткой, близкой по па-
раметру к аустенитной матрице, создавали в сплаве
Н35Т3 в процессе неполной закалки в воде от 1323
K. Эти частицы плохо разрешаются в электронном
микроскопе и дают дифракционный контраст типа
ряби (рис.1,а). Выделения γ’-фазы более крупного
размера (~6 нм в диаметре) создавали в результате
старения закаленного сплава Н35Т3 при 923 K в
течение 30 минут (см.рис.1,б). Исследованию под-
вергали также холоднодеформированные образцы
стали Н35Т3 (см. рис.1,в). ЯГР-спектры и соответ-
ствующие им распределения магнитных полей P(H)
в сплаве Н35Т3, содержащем γ’- частицы разного
размера, представлены на рис.2,а, а’, в,в’. После
нейтронного облучения при 340 K мессбауэровские
спектры и Р(Н) сильно изменяются (см.рис.2, б, б’,
г, г’). Р(Н) спектров исходного и облученного образ-
цов характеризуется рядом пиков плотности, рост Н
которых связан с увеличением количества атомов Ni
преимущественно в первой координационной сфере
ГЦК-железа. Результатом облучения становится
увеличение интегральной интенсивности под пика-
ми с увеличенными Н, что соответствует увеличе-
нию содержания никеля в матрице сплава. По сред-
нему магнитному полю на ядре 57Fe (H=137 кЭ)
можно оценить концентрацию никеля и распределе-
ние γ’-частиц в исходном аустените после трех ис-
пользованных обработок:
1) Закалка от 1373 К в воде. Быстрым охлажде-
нием в процессе закалки не удается подавить интер-
металлидное старение. В аустенитной ГЦК-матрице
выделяются частицы γ-фазы Ni3Ti размером ~2 нм, а
концентрация никеля в аустените снижается от 34,2
до 31,2 ат.% (см.рис.2 а,а’, измерения СNi по зависи-
мости H=f(CNi) [9]), что соответствует [13] выделе-
нию ~4 об.% частиц Ni3Ti при плотности ~4,5x1018
см-3 и среднем расстоянии между центрами частиц
~5 нм.
2) Старение закаленного сплава Н35Т3 при 923 К
(30 мин). Оно приводит к уменьшению концентра-
ции Ni в аустенитной γ--фазе до 30,5 ат.% (см.рис.2
в,в’) и выделению ~5 об.% более крупных γ-частиц
Ni3Ti (рис.1б) размером ~6 нм (плотность ~3х1017 см-
3, расстояние между центрами частиц ~13 нм).
3) Холодная деформация (298 К) прокаткой на
~94% предварительно закаленного сплава Н35Т3. В
процессе прокатки γ-фаза частично растворяется и
концентрация никеля в твердом растворе Fe-Ni-Ti
возрастает до ~32,9 ат.% (рис.3, кривая 3).Спектр
облученного нейтронами образца (флюенс 5х1019
нейтр./см2, 340 K) с частицами размером 2 нм пред-
ставляет собой магнитный секстет с существенно
большим средним полем на ядре (H=171 кЭ), что от-
вечает среднему содержанию никеля в аустените
32,4 ат.% (см. рис.2,б, б’ и рис.3, кривая 2). Этот ре-
зультат может объясняться только радиационно-ин-
дуцированным растворением высоконикелевой
γ'-фазы. Надо сказать, что нейтронное облучение не-
стареющего бинарного сплава Fe+35 ат.% Ni в та-
ких же условиях не приводит к заметным изменени-
ям в ЯГР спектрах. Следует отметить, что увеличе-
ние H в ГЦК Fe-Ni может происходить в результате
процессов расслоения и ближнего упорядочения.
Однако в этих случаях [9] появление парциальных
компонент с увеличенными полями в Р(Н) сопрово-
ждается образованием компоненты с малыми поля-
ми. В результате H изменятся незначительно.
Мессбауэровские спектры и значения P(H) старею-
щего cплава Н35Т3 с большим размером γ’-частиц
(6 нм) до и после облучения представлены на рис.2,
в, г В результате нейтронного облучения среднее
поле на ядре H возрастает от 90 до 104 кЭ (см. рис.3,
кривая 1), что соответствует увеличению средней
концентрации никеля [9] только на 0,2% (от 30,5 до
30,7 ат.%).
Таким образом, увеличение концентрации нике-
ля в аустенитной матрице при облучении сплава
Н35Т3 с мелкими (2...3 нм) и более крупными
(6 нм) частицами γ'-фазы, соответственно
на 1,2 и 0,2% свидетельствует о радиационно-инду-
цированном растворении (при флюенсе 5х1019
нейтр./см2) ~1,5% (из общего объема ~4%) дис-
персных частиц γ'-фазы Ni3Ti в закаленном сплаве и
0,25 % более крупных частиц γ'-фазы в предвари-
тельно состаренном сплаве. Атомное перемешива-
ние и растворение γ-частиц может происходить,
135
когда каскад смещений задевает край частицы и
край матрицы или когда каскад перекрывает всю ча-
стицу при ее размерах, меньших, чем каскадная об-
ласть. Если каскад смещений формируется внутри
крупной частицы Ni3Ti, то происходит только разу-
порядочение этой области интерметаллида, а не его
растворение (см. схему на рис.4). Если принять пер-
воначальный размер каскада смещений 5...6 нм, то
при случайном распределении каскадов в закален-
ном сплаве Н35Т3 каждый каскад попадет на одну
или больше дисперсных частиц размером 2 нм (меж-
частичное расстояние 5 нм) и растворит их (см.
рис.4,а). В состаренном сплаве при расстоянии меж-
ду частицами ~13 нм каскад смещений может фор-
мироваться как на краю частицы, так и между ча-
стицами или внутри них (см. рис.4,б). В последних
двух случаях растворение интерметаллидов проис-
ходить не будет.
Рис. 1. Структура стали НЗЗТЗ. Обработка: а - закалка от 1323 К в воде; б - закалка + старение при 923
К (0,5 ч); в - закалка + холодная прокатка с обжатием94%
Рис.2. Мессбауэровские спектры (а-г) и соответствующие им функции плотности вероятности распреде-
ления магнитных полей Р(Н) (а'-г') сплава НЗ5ТЗ после закалки от 1373 К (а, а'), старения при 923 К (0,5 ч)
- (в, в') и последующего облучения быстрыми нейтронами при 340 К (флюенс 5х1019нейтр./см2) взакаленном
(б, б'), а также в состаренном (г, г') состояниях
Увеличение флюенса нейтронов по разному
влияет на фазовую стабильность сплава Н35Т3 по-
сле трех указанных обработок. С увеличением флю-
енса до 1020 и 5х1020 нейтр./см2, когда каскады сме-
щения размером ~4...6 нм занимают весь объем об-
разца, растворение самых мелких частиц размером
~2 нм приостанавливается (см. рис.3, кривая 2), а
более крупные частицы размером 6 нм продолжают
растворяться (см. рис.3, кривая 1). Понятно, что на-
ряду с неравновесным процессом растворения γ-ча-
стиц в каскадах смещения при 340 К развивается
конкурирующий равновесный процесс старения в
результате миграции (вне каскада и в каскаде сме-
щений) отдельных вакансий и междоузельных ато-
мов. По-видимому, при данной температуре в спла-
ве существует определенная квазиравновесная кон-
центрация никеля, к которой стремится система в
процессе облучения. Возможно это концентрация
~32,2 ат.% Ni (см. кривую 2), которая не меняется с
увеличением флюенса. В образцах с более крупны-
ми (6 нм) и редко расположенными γ-частицами (на
расстоянии ~13 нм) множество каскадов смещения
образуется в межчастичном пространстве, что не
вызывает повсеместного растворения фазы Ni3Ti
(кривая 1). Поэтому интенсивность растворения
этих частиц невелика, но в сплаве преобладает про-
136
цесс растворения, а не выделения (кривая 1), по-ви-
димому, до тех пор, пока не будет достигнута ука-
занная выше "квазиравновесная" концентрация ни-
келя 32,2 ат.%. Совсем иная ситуация наблюдается в
холоднодеформированном сплаве Н35Т3, когда кон-
центрация никеля в ГЦК-матрице составляет около
33 ат.%, и имеется большое количество дислокаций.
Облучение деформированного сплава Н35Т3 флю-
енсом 5х1019 нейтр./см2 несколько повышает кон-
центрацию никеля в твердом растворе аустенита
(см. рис.3, кривая 3).
1 1E20 1E21
80
100
120
140
160
180
200 3
2
1
C
N
i , ат.%
30.5
32
31
33
закалка
старение
деформация
Н
, к
Э
F, см-2
Рис.3. Изменение среднего поля H и концентрации
никеля СNi в аустенитной матрице сплава Н35Т3 в
зависимости от флюенса быстрых нейтронов. Ис-
ходная обработка: 1 - старение при 923 К 0,5 ч; 2 -
закалка от 1373 К в воду; 3 - холодная прокатка
(94%) закаленного сплава
С
СС
С С
а б
Рис.4. Схематическое распределение каскадов сме-
щения (светлые круги) среди мелких (а) и более
крупных (б) γ--частиц ( темные круги) в сплаве
Н35Т3
Однако при дальнейшем увеличении флюенса
нейтронов начинает преобладать не растворение, а
выделение высоконикелевых частиц, и концентра-
ция никеля в ГЦК-матрице снижается до предпола-
гаемого "равновесного" уровня 32,2 ат.% (см. рис.3,
кривая 3). Подобное старение наблюдалось ранее
при "бескаскадном" электронном облучении сплава
Н35Т [9].
Таким образом, в процессе нейтронного облуче-
ния при 340 оС в стареющем аустенитном сплаве
Н35Т3 может происходить как растворение частиц
Ni3Ti в каскадах смещения, так и их выделение в за-
висимости от флюенса, исходного количества и раз-
меров γ-частиц. По всей видимости, существует
"квазиравновесная" концентрация никеля в ГЦК-
матрице (~32,2 ат.%), к которой стремится облучае-
мая система Fe-Ni-Ti при данной температуре в за-
висимости от исходного состояния.
3.2. Рентгенографическое исследование
облученного сплава Н35Т3
В дополнение к мессбауэровским исследованиям
на тех же облученных нейтронами образцах были
выполнены рентгенографические исследования
аустенитного сплава Н35Т3 в трех аналогичных ис-
ходных состояниях (флюенс 5х1019, 1020, 5х1020
нейтр./см2). После различных воздействий был про-
анализирован параметр "а" решетки аустенита, кото-
рый сильно зависит от концентрации титана в ГЦК-
матрице (увеличивается или уменьшается в зависи-
мости от растворения или выделения высокотитани-
стой фазы Ni3Ti). Параметр "а" определяли в Cu Kα--
излучении по задней линии (331)α, имеющей значе-
ние 2θ ~ 138o.
В таблице приведены значения параметра решет-
ки аустенита "а" сплава Н35Т3 после различных ре-
жимов термообработки и облучения. Как видно из
таблиці исходный параметр аустенита равен 3,596
Ао после закалки образцов от 1373 К в воде. Старе-
ние при 923 К (30 мин) приводит к дополнительно-
му выделению γ-фазы Ni3Ti и снижает параметр "а"
до 3,590 Ао. Холодная деформация прокаткой пред-
варительно закаленного сплава Н35Т3 приводит к
частичному растворению дисперсной γ--фазы, суще-
ствующей в закаленном сплаве (см. предыдущий
раздел), и увеличивает параметр решетки аустенита
до 3,600 Ао.
Поведение γ-фазы Ni3Ti в процессе нейтронного
облучения при 340 К, фиксируемое рентгенографи-
чески по изменению параметра решетки аустенит-
ной матрицы (см. таблицу ), качественно не отлича-
ется от поведения фазы Ni3Ti, выясненного по
мессбауэровским данным. Так облучение состарен-
ного при 923 К сплава вызывает прогрессирующий
рост параметра решетки "а" от 3,590 (в исходном со-
стоянии) до 3,595 Ао - после флюенса 5х1020
нейтр./см2, что свидетельствует о растворении γ-
фазы в каскадах смещения. Радиационно-индуциро-
ванное растворение очень дисперсной γ-фазы (dчастиц
~ 2 нм) в закаленном сплаве также наблюдается при
флюенсе 5х1019 нейтр./см2, а затем растворение со-
провождается старением, и параметр решетки оста-
ется на близком уровне ~ 3,598 Ao. В холоднодефор-
мированном сплаве наблюдается заметное падение,
а затем некоторый рост параметра решетки аустени-
та, что свидетельствует в основном о выходе титана
из твердого раствора в виде фазы Ni3Ti, как это
было показано и в мессбауэровских исследованиях.
3.3. Расчет изменения размеров α-
частиц
Рассмотрим поведение мелких выделений под
облучением, для которых средний радиус выделе-
ний r0 (рис.5) меньше или равен среднему размеру
каскадов l. В [1] получено следующее уравнение
137
для функции распределения выделений f(r0,t), исхо-
дя из рассмотрения следующих механизмов: образо-
вание зародышей выделений, их рост вследствие по-
тока атомов примеси и растворение выделений в
каскадах смещений.
,)(),(
),(
1
),(
),(
000
0
0
0
0
0
crrItrf
Kr
trf
dt
dr
rt
trf
−=+
+
∂
∂+
∂
∂
δ
τ
(1)
ãäå τ(r0,K) = Kl3/((4π/3)(2rc+l-r0)) ,
dr0/dt = D(∆-α/r0)/r0 , ∆ = c0-ct-(4π/3)r0
3ncp
,
,exp
1
0 α
K
RT
QDD +
−=
t - время; rc - критический радиус зародышей;
τ(r0,K) - среднее время жизни малого выделения; K -
интенсивность облучения; D, D0, Q - коэффициент
диффузии, предэкспоненциальный множитель и
энергия активации соответственно; R - газовая по-
стоянная; Т - температура; К - постоянная Больцма-
на; α1 - концентрация стоков точечных дефектов; α -
связано с поверхностным натяжением: α=ctγω/(kT);
γ - коэффициент поверхностного натяжения; ω -
атомный объем; dr0/dt - скорость роста; ∆ - пересы-
щенность; c0, ct - средняя и равновесная концентра-
ция примеси в материале соответственно; cp - кон-
центрация примеси в частицах выделений; n - кон-
центрация выделений в материале; I0 - скорость за-
родышеобразования.
Получено следующее стационарное решение
уравнения (1)
.
),()(
exp)(
0
00
0
0
−= ∫
r
rc Krr
dt
dr
dr
dt
dr
I
rf
τ
(2)
Зависимость параметра решетки устенитной матрицы "а" (Е) в сплаве Н35Т3 после разных
режимов обработки и облучения
Обработка F, нейтр./см2
0 5х1019 1020 5х1020
1. Закалка в воде от 1373 К 3,596 3,598 3,600 3,598
2. Закалка +старение при 923
К (0,5 ч.)
3,590 3,594 - 3,595
3. Закалка + х/д -прокатка
(94%)
3,600 3,592 3,593 3,597
Нами исследована функция распределения (2) для дисперсионно-твердеющих сплавов, ее график при
указанных ниже параметрах приведен на рис.5.
Рис.5. Функция распределения по размерамγ'-частиц f(r0), м-4
Расчеты проведены для диффузии Ti при Т=340
К с параметрами, аналогичными использованным в
[14]: D0 = 0,9⋅ 10-4 м2/с, Q = 260 кДж/моль,
α1 ≈ 1015 м-2, D = 1х10-21
м2.с, с0=0,03, сt=0,005, cp=0,25, I0=1х1014 м3.с (взято
по [15] для гетерогенного зарождения), n=1х1022 м-3
(взято с учетом исходной плотности частиц); rc=2 нм
(взято с учетом характерных размеров зародышей
выделяющихся упорядоченных частиц при гетеро-
генном зарождении [16, 17]).
Интенсивность облучения К определяется следу-
ющим образом:
К = D1 N l3/(t ν) = 1х10-6 c-1,
(3)
при D1 = 0,05 сна, N = 9 1028 м-3, l = 6 нм (по дан-
ным наших измерений), t = 10 дней = 8,6х104 с, ν =
1х104 (оценена из размера каскада l); где D1 - доза; t
- время облучения; N - число атомов в единице
объема; ν - каскадная функция.
Кривая на рис.5 построена для не очень больших
радиусов. Видна бимодальность кривой, причем ми-
нимум (r0=6 нм) совпадает с минимумом подобной
138
экспериментальной кривой для γ'-частиц (Ni3Si) в
сплаве Е-48 после облучения при Т=6000С, флюенс
135 сна [1]. Расчет дает также монотонные зависи-
мости f(r0) для других параметров. Возможно, что
довольно медленное растворение более крупных ча-
стиц (размером ~6 нм) связано с тем, что определен-
ное их количество является равновесным для дан-
ных условий.
ВЫВОДЫ
Мессбауэровским методом показано, что в про-
цессе нейтронного облучения (флюенс 5х10-19
...5х1020 нейтр./см2) при 340 0С в стареющем аусте-
нитном сплаве Н35Т3 происходит как растворение
частиц Ni3Ti в каскадах смещения, так и их выделе-
ние в зависимости от флюенса, исходного количе-
ства и размеров γ-частиц. По всей видимости, суще-
ствует «квазиравновесная» концентрация никеля в
ГЦК-матрице (~ 32,2 ат.%), к которой стремится об-
лучаемая система Fe-Ni-Ti при данной температуре
вне зависимости от исходного состояния. Теорети-
чески рассчитано бимодальное распределение γ-ча-
стиц по размерам в облучённых образцах.
Авторы выражают признательность Печёркиной
Н.Л. и Мукосееву А.Г. за помощь в выполнении ра-
боты.
Работа выполнена при поддержке Российского
фонда фундаментальных исследований (проект N
00-15-96581) и Международного научно-техниче-
ского центра (проект № 467).
ЛИТЕРАТУРА
1. А.С.Бакай, Н.М.Кирюхин // Вопросы атомной
науки и техники, серия: Физиа радиационных
повреждений и радиационное материалове-
дение. 1983, Вып. 5(28), с. 33-40.
2. R.S.Nelson, J.A.Hudson and D.J.Mazey // J. Nucl.
Mat. 1972, v. 44. p. 318-330.
3. D.S.Gelles // J.Nucl. Mater. 1979, v. 83, p. 200-207.
4. В.А. Шабашов, В.В.Сагарадзе, С.В.Морозов и
др. // Металлофизика. 1990, т. 12, ¹ 4, с. 107-
114.
5. B. Window // J. Phys.E: Sci. Instrum. 1971, v. 4, ¹ 5,
p. 401-402.
6. J. Hesse, A. Rubartsch // J. Prys. E: Sci. Instrum.
1974, v 7, № 7, p. 526-532.
7. В.С. Литвинов, С.Д. Каракишев, В.В. Овчинни-
ков // Ядерная гамма резонансная спектро-
скопия сплавов. М.: "Металлургия", 1982. 143
с.
8. В.А. Макаров, И.М. Пузей, Т.В. Сахарова и др. //
ЖЭТФ. 1974, т. 67, № 2, с. 771-779.
9. В.В. Сагарадзе, В.А. Шабашов, Т.М. Лапина и
др. // ФММ. 1994, т. 78, в.4, с. 88-96.
10. B.N. Goshchitskii, V.V. Sagaradze, V.L. Arbuzov
et. al. // J. Nucl. Mater., 1998, v. 258-263, p.
1681.
11. J.K. Abraham, J.K. Jackson, K.Leonard // Trans.
ASM. 1968, v. 61, p. 223.
12. В.М. Алябьев, В.Г. Вологин, С.Ф. Дубинин и
др.// ФММ., 1990, № 8, с. 142-148.
13. V.V. Sagaradze, V.M. Nalesnik, S.S.Lapin et al. // J.
Nucl. Mater., 1993, v. 202, p. 137-144.
14. А.Р. Кузнецов // ФММ., 1998, т.85, в.4, с.61-65.
15. Дж.У. Кристиан // Фазовые превращения. Физи-
ческое металловедение, / Ред. Кан Р. М.:
"Мир", 1968, т.2, с.246.
16. А.Р. Кузнецов, Ю.Н. Горностырев, Р.И. Кузне-
цов, И.Б. Половов // ФММ., 1996, т.82, в.5,
с.24-32.
17. Ю.Н. Горностырев, М.И. Кацнельсон, А.Р. Куз-
нецов., А.В. Трефилов // Письма в ЖЭТФ,
1999, т.70, в.6, с.376-380.
139
РАСТВОРЕНИЕ ИНТЕРМЕТАЛЛИДОВ В КАСКАДАХ СМЕЩЕНИЯ ПРИ НЕЙТРОННОМ ОБЛУЧЕНИИ ДИСПЕРСИОННО- ТВЕРДЕЮЩИХ СПЛАВОВ
1. Введение
2. Материал и методика исследований
3. Экспериментальные результаты и их обсуждение
3.1. Мессбауровское исследование растворения g - частиц
3.2. Рентгенографическое исследование облученного сплава Н35Т3
3.3. Расчет изменения размеров a-частиц
Обработка
Выводы
литература
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-78207 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T15:44:13Z |
| publishDate | 2000 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сагарадзе, В.В. Колосков, В.М. Пархоменко, В.Д. Шабашов, В.А. Кузнецов, А.Р. Воронин, В.И. 2015-03-12T19:51:42Z 2015-03-12T19:51:42Z 2000 Растворение интерметаллидов в каскадах смещения при нейтронном облучении дисперсионно-твердеющих сплавов / В.В. Сагарадзе, В.М. Колосков, В.Д. Пархоменко, В.А. Шабашов, А.Р. Кузнецов, В.И. Воронин // Вопросы атомной науки и техники. — 2000. — № 4. — С. 134-138. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78207 669.018:539.125.5.04 Методом мессбауэровской спектроскопии показано активное низкотемпературное (340 K) растворение дисперсных интерметаллидов Ni3Ti в ГЦК-матрице инварного сплава Fe-Ni-Ti при каскадообразующем нейтронном облучении, которое существенно интенсифицируется с уменьшением исходного размера частиц. С увеличением флюенса нейтронов наряду с растворением наблюдается конкурирующий процесс выделения интерметаллидов. Теоретически построена бимодальная функция распределения γ-частиц по размерам. Авторы выражают признательность Печёркиной Н.Л. и Мукосееву А.Г. за помощь в выполнении работы. Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект N 00-15-96581) и Международного научно-технического центра (проект № 467). ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Состояние и проблемы конструкционных материалнов активной зоны реакторов на быстрых нейтронах и термоядерных реакторов Растворение интерметаллидов в каскадах смещения при нейтронном облучении дисперсионно-твердеющих сплавов Article published earlier |
| spellingShingle | Растворение интерметаллидов в каскадах смещения при нейтронном облучении дисперсионно-твердеющих сплавов Сагарадзе, В.В. Колосков, В.М. Пархоменко, В.Д. Шабашов, В.А. Кузнецов, А.Р. Воронин, В.И. Состояние и проблемы конструкционных материалнов активной зоны реакторов на быстрых нейтронах и термоядерных реакторов |
| title | Растворение интерметаллидов в каскадах смещения при нейтронном облучении дисперсионно-твердеющих сплавов |
| title_full | Растворение интерметаллидов в каскадах смещения при нейтронном облучении дисперсионно-твердеющих сплавов |
| title_fullStr | Растворение интерметаллидов в каскадах смещения при нейтронном облучении дисперсионно-твердеющих сплавов |
| title_full_unstemmed | Растворение интерметаллидов в каскадах смещения при нейтронном облучении дисперсионно-твердеющих сплавов |
| title_short | Растворение интерметаллидов в каскадах смещения при нейтронном облучении дисперсионно-твердеющих сплавов |
| title_sort | растворение интерметаллидов в каскадах смещения при нейтронном облучении дисперсионно-твердеющих сплавов |
| topic | Состояние и проблемы конструкционных материалнов активной зоны реакторов на быстрых нейтронах и термоядерных реакторов |
| topic_facet | Состояние и проблемы конструкционных материалнов активной зоны реакторов на быстрых нейтронах и термоядерных реакторов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78207 |
| work_keys_str_mv | AT sagaradzevv rastvorenieintermetallidovvkaskadahsmeŝeniâprineitronnomoblučeniidispersionnotverdeûŝihsplavov AT koloskovvm rastvorenieintermetallidovvkaskadahsmeŝeniâprineitronnomoblučeniidispersionnotverdeûŝihsplavov AT parhomenkovd rastvorenieintermetallidovvkaskadahsmeŝeniâprineitronnomoblučeniidispersionnotverdeûŝihsplavov AT šabašovva rastvorenieintermetallidovvkaskadahsmeŝeniâprineitronnomoblučeniidispersionnotverdeûŝihsplavov AT kuznecovar rastvorenieintermetallidovvkaskadahsmeŝeniâprineitronnomoblučeniidispersionnotverdeûŝihsplavov AT voroninvi rastvorenieintermetallidovvkaskadahsmeŝeniâprineitronnomoblučeniidispersionnotverdeûŝihsplavov |