Влияние радиационной пористости на ползучесть облучаемых материалов
В рамках модели скольжения дислокаций, лимитированного их переползанием, теоретически исследуются влияние роста пор на излом зависимости скорости ползучести облучаемых материалов от температуры, скорости создания смещений и других параметров модели. Проведено сравнение экспериментальных и теоретичес...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Datum: | 2001 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2001
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78324 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Влияние радиационной пористости на ползучесть облучаемых материалов / П.А. Селищев, В.И. Сугаков // Вопросы атомной науки и техники. — 2001. — № 2. — С. 19-22. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859648306304516096 |
|---|---|
| author | Селищев, П.А. Сугаков, В.И. |
| author_facet | Селищев, П.А. Сугаков, В.И. |
| citation_txt | Влияние радиационной пористости на ползучесть облучаемых материалов / П.А. Селищев, В.И. Сугаков // Вопросы атомной науки и техники. — 2001. — № 2. — С. 19-22. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | В рамках модели скольжения дислокаций, лимитированного их переползанием, теоретически исследуются влияние роста пор на излом зависимости скорости ползучести облучаемых материалов от температуры, скорости создания смещений и других параметров модели. Проведено сравнение экспериментальных и теоретических данных. Установлена связь между скоростью ползучести и скоростью распухания, причины появления перегибов дозовой зависимости деформации нагруженных материалов.
У рамках моделі ковзання дислокацій, лімітованого їх переповзанням, теоретично досліджуються вплив роста пор на злам залежності від швидкості повзучості опромінюваних матеріалів від температури, швидкості створення зміщення та інших параметрів моделі. Проведено порівняння експериментальних та теоретичних даних. Встановлено зв’язок між швидкістью повзучості та швидкістю розпухання, причини появи перечину дозної залежності деформації навантажених матеріалів.
The pore growth influence of the irradiated materials creep rate dependence break on the model temperature , the displacement rates and other model parameters is theoretically studied on the base of dislocation glide model. The experimental and theoretical data comparison is presented. The dependence between the creep rate and the swelling rate is found ; the dose dependence of loaded materials deformation also as the reasons of bends are proposed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:30:47Z |
| format | Article |
| fulltext |
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
ФИЗИКА РАДИАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ И ЯВЛЕНИЙ
В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ
УДК 539.2:539.12.04
ВЛИЯНИЕ РАДИАЦИОННОЙ ПОРИСТОСТИ НА ПОЛЗУЧЕСТЬ ОБ-
ЛУЧАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
П.А.Селищев
Киевский университет им.Тараса Шевченко, г.Киев, Украина;
В.И.Сугаков
Институт ядерных исследований НАН Украины, г.Киев, Украина
У рамках моделі ковзання дислокацій, лімітованого їх переповзанням, теоретично досліджуються вплив
роста пор на злам залежності від швидкості повзучості опромінюваних матеріалів від температури, швид-
кості створення зміщення та інших параметрів моделі. Проведено порівняння експериментальних та теоре-
тичних даних. Встановлено зв’язок між швидкістью повзучості та швидкістю розпухання, причини появи
перечину дозної залежності деформації навантажених матеріалів.
В рамках модели скольжения дислокаций, лимитированного их переползанием, теоретически исследуют-
ся влияние роста пор на излом зависимости скорости ползучести облучаемых материалов от температуры,
скорости создания смещений и других параметров модели. Проведено сравнение экспериментальных и тео-
ретических данных. Установлена связь между скоростью ползучести и скоростью распухания, причины по-
явления перегибов дозовой зависимости деформации нагруженных материалов.
The pore growth influence of the irradiated materials creep rate dependence break on the model temperature , the
displacement rates and other model parameters is theoretically studied on the base of dislocation glide model . The
experimental and theoretical data comparison is presented . The dependence between the creep rate and the swelling
rate is found ; the dose dependence of loaded materials deformation also as the reasons of bends are proposed
ВВЕДЕНИЕ
Известно [1-4], что зависимость ползучести об-
лучаемых материалов от времени (дозы) имеет изло-
мы, которые вызваны резким скачкообразным изме-
нением скорости деформации. В ряде эксперимен-
тов [1,2,5] при изучении температурной зависимо-
сти скорости ползучести также наблюдался харак-
терный локальный минимум скорости ползучести.
Его появление сопровождается резким изменением
долговечности (времени до разрушения) и пластич-
ности Пластичность скачком снижается, а долговеч-
ность достигает максимума. Это свидетельствует о
различных механизмах деформации и разрушения
при температурах выше и ниже критической, т.е.
той, при которой наблюдается излом кривой скоро-
сти ползучести. Подобные особенности ползучести
облучаемых материалов могут быть объяснены в
рамках модели скольжения дислокаций.
Движение дислокаций, а следовательно, и меха-
низм деформации описывается следующим образом.
В некоторый момент времени дислокации за-
креплены на барьерах. Затем они преодолевают эти
барьеры посредством переползания, переходят в но-
вые плоскости скольжения и скользят под действи-
ем внешнего сдвигового напряжения до остановки
на новом барьере. Далее процесс повторяется. Ско-
рость преодоления барьера зависит от модуля разно-
сти потоков вакансий и междоузельных атомов, по-
скольку все равно каким образом преодолевается
препятствие - наращиванием или растворением экс-
траплоскости. Потоки дефектов имеют радиацион-
ную и термическую составляющие, которые по-раз-
ному зависят от температуры. Поэтому при опреде-
ленной критической температуре облучения ско-
рость движения дислокаций и, следовательно, ско-
рость ползучести будут иметь минимум. Предполо-
жение о конкурирующем действии радиационной и
термической ползучести впервые было высказано
В.С.Карасевым [1] при анализе результатов своего
эксперимента.
Определение минимального значения, не обяза-
тельно равного нулю, требует отдельного исследо-
вания. Дело в том, что, во-первых, рассматриваемый
в данной работе механизм ползучести не является
единственным. Ползучесть определяется вкладами
различных механизмов. Во-вторых, уравнения, опи-
сывающие ползучесть и изменение концентрации
дефектов, обычно записываются для усредненных
величин. Но любая флуктуация равного нулю в
среднем суммарного потока дефектов приводит к
движению дислокаций и появлению ползучести,
поэтому средняя скорость ползучести будет поло-
жительна.
Распределение точечных дефектов зависит от
пространственного расположения и размеров всех
__________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2001. №2
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (79), с19-22.
19
протяженных дефектов, которые являются стоками
(источниками) для точечных. С другой стороны,
эволюция структуры макродефектов зависит от
того, как распределяются точечные дефекты между
протяженными, от того, какой величины и куда
направлены потоки точечных дефектов. Поглощая
точечные дефекты, макродефекты видоизменяют
свою геометрию и размеры, что приводит к измене-
нию их поглощательной способности и перераспре-
делению потоков подвижных точечных дефектов.
Меняются потоки дефектов на обеспечивающие
ползучесть дислокации - меняются характеристики
ползучести.
Критическая температура зависит от параметров
облучаемого образца. В частности, она зависит от
структуры протяженных дефектов: их плотности,
распределения по размерам, поглощательной
способности. По мере набора дозы, параметры ма-
кродефектов изменяются, и если при этом достига-
ются значения, при которых критическая температу-
ра равна температуре облучения, скорость ползуче-
сти будет иметь локальный минимум, а дозовая за-
висимость деформации - излом.
ПРИРОДА ИЗЛОМА ТЕМПЕРАТУРНОЙ
ЗАВИСИМОСТИ ПОЛЗУЧЕСТИ ОБЛУЧА-
ЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
В данной работе изучается влияние связанного с
облучением изменения размера пор и их поглощаю-
щей способности на особенности ползучести нагру-
женного облучаемого материала. Рассмотрим перво-
начально явление возникновения излома темпера-
турной зависимости ползучести облучаемых мате-
риалов, которые пор не содержат.
Скорость ползучести описывается уравнением:
( )ε = −v J Ji v (1)
Концентрации дефектов определим из уравнений
кинетики:
( )dC
dt
K C C C Cv
i v v v v
e= − − − −γ β
( )− −4π NRD C Cv v v
er (2)
dC
dt
K C C C NRD Ci
i v i i i i= − − −γ β π4 (3)
где J Ci i i= α и J J J Cv v
ir
v
term
v v= + = α потоки
междоузельных атомов и вакансий (их концентра-
ции Сi и Cv ) на дислокации с вектором Бюргерса, па-
раллельным приложенной нагрузке, (их плотность -
ρd, а фактор предпочтительного поглощения ими
междоузельных атомов - zd). α ρi d d iz D= ,
α ρv d vD= , β ρi i iD= , β ρv v vD= ,
ρ ρ ρi = + ∑3z zd d k k , ρ ρ ρv d k= + ∑3 . Здесь ρk и
z zk d≤ - плотности и факторы предпочтения
остальных стоков, исключая поры.
( )C C E kTv
e
v
o
f
v= −exp / - термодинамически равно-
весная концентрация вакансий.
( )D D E kTi i
o
m
i= exp / , ( )D D E kTv v
o
m
v= exp / - ко-
эффициенты диффузии соответствующих дефектов,
E Em
i
m
v, - энергии миграции, T - температура образ-
ца, k - постоянная Больцмана, v - функция прило-
женного напряжения и свойств материала. γ=µDi -
коэффициент рекомбинации.
В отсутствии пор скорость ползучести согласно
[6] равна
( ) /ε
ν ρ
µ
ρ
ρ
µ ρ ρ µ ρ β ρ µ
ρ
ρ
= −
+ + + −
− +
∑D z
C z z K C
zv d d v
i
v
e
d d k k i v i v
e d v
i2
1 4 1
2
(4)
600.00 800.00
TEMPERATURE, C
-8.00
-4.00
Lg
(C
R
E
E
P
R
A
TE
,1
/s
)
Рис.1 Зависимость скорости ползучести облучае-
мых никелевых образцов (ρd : 1 - ρd=1011 m-2, 2 ρ
d=5 1012 m-2, 3 - ρd=1014 m-2) и никелевого сплава
03Х20Н45М4 ( эксперимент [1])
Поскольку zd v iρ ρ ≥ 1 , выражение, стоящее
под модулем в (4), при больших температурах,
когда Ce
v велико, - отрицательно, а при малых - по-
ложительно. Общая тенденция роста обеспечивает-
ся множителем Dv , монотонно возрастающим с тем-
пературой. От подвижности междоузельных атомов
скорость ползучести оказывается не зависящей.
Зависимость (4) иллюстрирует рис.1, на котором
приведены теоретическая и экспериментальная тем-
пературные зависимости скорости ползучести вну-
-----------------------------------------------------------------------------------------------------
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2001. №2
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (79), с.3-6.
20
триреакторно облучаемого никелевого сплава
03Х20Н45М4 , которая экспериментально получена
в [1]. Нейтронный поток составлял примерно 5.1017
нейтр.м-2с.-1 (Е>1 МэВ), что соответствует 5.10-7 сна
с-1. Поры в облучаемом образце отсутствовали.
Теоретические расчеты, выполненные для
модели с параметрами никеля (ρd=5.1012м-2 и ρ
v=1.9.1013м-2), хорошо описывают качественное по-
ведение скорости ползучести и положение миниму-
ма.
КОРРЕЛЯЦИЯ МЕЖДУ ПОЛЗУЧЕСТЬЮ
И РАСПУХАНИЕМ
Ограничиваясь рассмотрением стадии роста пор,
для скорости изменения их радиуса имеем:
( )dR
dt R
D C C D Cv v v
er
i i= − −1 ( ) . (5)
Здесь ( )C C RkTv
er
v
e= exp / ,2σ ω σ - коэффициент
поверхностного натяжения, ω - атомный объем.
Концентрация пор N на стадии их роста принима-
лась постоянной.
Исходя из уравнений (1) - (3), (5) нетрудно уста-
новить связь, которая существует в этой модели
между ползучестью и распуханием. Скорость рас-
пухания на стадии роста пор равна скорости изме-
нения их суммарного объема
s NR R= 4 2π . (6)
Скорость ползучести определяется средней раз-
ностью потоков вакансий и междоузельных атомов
на дислокации с вектором Бюргерса, параллельным
приложенной нагрузке, скорость распухания - на
поры. Если поглощающую способность для дисло-
каций можно считать постоянной, то для пор она
меняется с их ростом. Дислокации и поры являются
конкурирующими стоками точечных дефектов.
Именно этим определяется их взаимозависимость.
Принимая во внимание, что
( ) ( )s NR D C C D Cv v v
er
i i= − −4π , из уравнений
(2) - (3) для квазистационарного приближения (
Ci = 0 , Cv = 0 ) имеем
( )s D C C D Ci v v v
er
v i i+ − =ρ ρ . (7)
Пренебрегая рекомбинацией, уравнение (1)
перепишем в виде
( ) ε
ν ρ
ρ ρ
ρ ρ= + −d
i v
i v s
2
( ) ( ) ( )ρ ρ ρ ρ ρ ρi v i i v i v v
eK K s Ks D C− ± + − −
− /2 4 ,
(8)
Скорость распухания изменяется плавно, а ско-
рость ползучести испытывает излом. Из уравнения
(8) также следует возможность (в зависимости от
значений параметров) одновременного существова-
ния двух, одного или ни одного квазистационарного
режима развития дефектной структуры. Выбор того
или иного режима определяется исходным состоя-
нием облучаемого материала. Для утверждения об
их физической реализации требуется знание явной
зависимости s от K и t.
ВЛИЯНИЕ РОСТА ПОР НА ПОЛЗУЧЕСТЬ
ОБЛУЧАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
При прохождении по мере роста пор критиче-
ского значения их среднего радиуса для данной тем-
пературы облучения скорость ползучести уменьша-
ется до минимального значения, а затем вновь воз-
растает. Соответственно дозовая зависимость де-
формации будет испытывать перегиб. Считая плот-
ность дефектов стационарной и пренебрегая реком-
бинацией, из (2) и (3) получаем:
( )
( )C
K D C RND C
D RNv
v v v
e
v v
er
v v
=
+ +
+
ρ π
ρ π
4
4
; (9)
( )C K D NRi i i= +/ ρ π4 . (10)
Подставляя (9) и (10) в (5), имеем замкнутое
уравнение для R, которое легко решается в квадра-
турах:
( ) ( )
t
R NR NR
AA
dRv i
Ro
R
=
+ +
∫
ρ π ρ π4 4
, (11)
где
AA K NR D C C Ri v i v v v v
er= − + + −( ) ( ) ( ( ))ρ ρ ρ π ρ4 .
Зная R(t), мы тем самым знаем Ci(t), Cv(t) и
( ) ( )ε R t
( ) ( )
ε ν
ρ π ρ π
=
+ +
BB
NR NRi v4 4
, (12)
где
( ) ( ) ( )BB K D NR C NRCv i v i v v
e
v
er= − − + +ρ ρ ρ π ρ π4 4
Потоки радиационных и термических дефектов
сравняются, и ε будет равна нулю, при выполне-
__________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2001. №2
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (79), с19-22.
21
нии условия:
( ) (K D C NR Cv i v i v v
e
v v
eρ ρ ρ ρ π ρ− − + +4
)+ + =4 4 02π ρ πNR C NR Ci v
er
v
er( ) . (13)
Из (13) видно, что при низких температурах об-
лучения второе отрицательное слагаемое мало, и
условие (13) не удовлетворяется. Но с ростом пор
равенство (13) может быть достигнуто. Действи-
тельно, поскольку
( ) ( ) ( )
( ) ( )
dR
dt
K NR D C C
R RN RN
i v i v v v
e
v
er
v i
=
− + + −
+ +
ρ ρ ρ π ρ
ρ π ρ π
4
4 4
(14)
всегда найдется такое значение температуры, что
для R > 0 dR/dt будет положительно. Следовательно,
R будет монотонно расти со временем. Не трудно
убедиться, что (13) может быть удовлетворено при
физически допустимых значениях температуры,
плотности и размера пор, а так же других парамет-
рах модели.
ЛИТЕРАТУРА
1.В.С.Карасев Деформация аустенитной стали
ОХ18Н10Т при циклическом действии нейтронного
облучения //Вопросы атомной науки и техники. Се-
рия «Физика радиационных повреждений и радиа-
ционное материаловедение». 1981, вып.5(19), с.84–
87.
2.В.С.Карасев, А.Ю.Тоцкий, Л.С.Ожигов Влияние
примеси на переходную радиационную ползучесть
никеля //Вопросы атомной науки и техники. Серия:
«Физика радиационных повреждений и радиаци-
онное материаловедение». 1994, вып.1(61), с.3–8
3.С.Toloczko, F.A.Garner, C.R.Eiholzer Irradiation
creep and swelling of the US fusion heats of HT9 and 9
Cr-1Mo to 208 dpa at ~ 400oC //J. Nucl. Mater.
1994,v.212-215, p.604-607.
4.Wolfgang Schule, Herman Hausen Neutron irradia-
tion creep in stainless steel alloys //J. Nucl. Mater.
1994, v.212-215, p.388-392.
5.A.Kohyama, Y.Kohno, K.Asakura, M.Yoshino, C.-
Namba, C.R.Eiholzer Irradiation creep of low-activa-
tion ferritic steel in FFTF/MOTA //J. Nucl. Mater.-
1994, v.212-215, p.751-754.
6.П.А.Селищев, В.И.Сугаков О температурной зави-
симости ползучести облучаемых материалов //Ме-
таллофизика и новейшие технологии. 2000, N5,
с.50-53
-----------------------------------------------------------------------------------------------------
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2001. №2
Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (79), с.3-6.
22
ВЛИЯНИЕ РАДИАЦИОННОЙ ПОРИСТОСТИ НА ПОЛЗУЧЕСТЬ ОБЛУЧАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
ВВЕДЕНИЕ
КОРРЕЛЯЦИЯ МЕЖДУ ПОЛЗУЧЕСТЬЮ И РАСПУХАНИЕМ
ВЛИЯНИЕ РОСТА ПОР НА ПОЛЗУЧЕСТЬ ОБЛУЧАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ
ЛИТЕРАТУРА
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-78324 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:30:47Z |
| publishDate | 2001 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Селищев, П.А. Сугаков, В.И. 2015-03-13T19:25:56Z 2015-03-13T19:25:56Z 2001 Влияние радиационной пористости на ползучесть облучаемых материалов / П.А. Селищев, В.И. Сугаков // Вопросы атомной науки и техники. — 2001. — № 2. — С. 19-22. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78324 539.2:539.12.04 В рамках модели скольжения дислокаций, лимитированного их переползанием, теоретически исследуются влияние роста пор на излом зависимости скорости ползучести облучаемых материалов от температуры, скорости создания смещений и других параметров модели. Проведено сравнение экспериментальных и теоретических данных. Установлена связь между скоростью ползучести и скоростью распухания, причины появления перегибов дозовой зависимости деформации нагруженных материалов. У рамках моделі ковзання дислокацій, лімітованого їх переповзанням, теоретично досліджуються вплив роста пор на злам залежності від швидкості повзучості опромінюваних матеріалів від температури, швидкості створення зміщення та інших параметрів моделі. Проведено порівняння експериментальних та теоретичних даних. Встановлено зв’язок між швидкістью повзучості та швидкістю розпухання, причини появи перечину дозної залежності деформації навантажених матеріалів. The pore growth influence of the irradiated materials creep rate dependence break on the model temperature , the displacement rates and other model parameters is theoretically studied on the base of dislocation glide model. The experimental and theoretical data comparison is presented. The dependence between the creep rate and the swelling rate is found ; the dose dependence of loaded materials deformation also as the reasons of bends are proposed. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах Влияние радиационной пористости на ползучесть облучаемых материалов Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние радиационной пористости на ползучесть облучаемых материалов Селищев, П.А. Сугаков, В.И. Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах |
| title | Влияние радиационной пористости на ползучесть облучаемых материалов |
| title_full | Влияние радиационной пористости на ползучесть облучаемых материалов |
| title_fullStr | Влияние радиационной пористости на ползучесть облучаемых материалов |
| title_full_unstemmed | Влияние радиационной пористости на ползучесть облучаемых материалов |
| title_short | Влияние радиационной пористости на ползучесть облучаемых материалов |
| title_sort | влияние радиационной пористости на ползучесть облучаемых материалов |
| topic | Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах |
| topic_facet | Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78324 |
| work_keys_str_mv | AT seliŝevpa vliânieradiacionnoiporistostinapolzučestʹoblučaemyhmaterialov AT sugakovvi vliânieradiacionnoiporistostinapolzučestʹoblučaemyhmaterialov |