О возможности образования мартенсита в аустенитных нержавеющих сталях под облучением
У метастабільній аустенітній сталі Х18Н10Т під опроміненням, у місцях із підвищеною концентрацією вакансій, виникають всебічні розтягувальні напруження. Показано, що одним з реальних механізмів релак- сації цих напружень може бути фазовий γ→α перехід з утворенням α-мартенсіту. В метастабильной аусте...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2002 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2002
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80159 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | О возможности образования мартенсита в аустенитных нержавеющих сталях под облучением / И.Н. Лаптев, А.А. Пархоменко // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 6. — С. 143-145. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859633640769585152 |
|---|---|
| author | Лаптев, И.Н. Пархоменко, А.А. |
| author_facet | Лаптев, И.Н. Пархоменко, А.А. |
| citation_txt | О возможности образования мартенсита в аустенитных нержавеющих сталях под облучением / И.Н. Лаптев, А.А. Пархоменко // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 6. — С. 143-145. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | У метастабільній аустенітній сталі Х18Н10Т під опроміненням, у місцях із підвищеною концентрацією вакансій, виникають всебічні розтягувальні напруження. Показано, що одним з реальних механізмів релак- сації цих напружень може бути фазовий γ→α перехід з утворенням α-мартенсіту.
В метастабильной аустенитной стали Х10Н10Т под облучением, в местах с повышенной концентрацией вакансий, возникают всесторонние растягивающие напряжения. Показано, что одним из реальных механиз- мов релаксации этих напряжений может быть фазовый γ→α переход с образованием α-мартенсита.
All size tensile stresses arise in the metastable austenitic stainless steels type Kh18Ni10Ti under irradiation. It is shown, that the γ→α phase transition with α-martensitic nucleation is the of the real relaxation mechanism of the such stresses.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:13:30Z |
| format | Article |
| fulltext |
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 621.039.531
О ВОЗМОЖНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ МАРТЕНСИТА В АУСТЕНИТ-
НЫХ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЯХ ПОД ОБЛУЧЕНИЕМ
И.Н.Лаптев, А.А.Пархоменко
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический
институт», г.Харьков, Украина
У метастабільній аустенітній сталі Х18Н10Т під опроміненням, у місцях із підвищеною концентрацією
вакансій, виникають всебічні розтягувальні напруження. Показано, що одним з реальних механізмів релак-
сації цих напружень може бути фазовий γ→α перехід з утворенням α-мартенсіту.
В метастабильной аустенитной стали Х10Н10Т под облучением, в местах с повышенной концентрацией
вакансий, возникают всесторонние растягивающие напряжения. Показано, что одним из реальных механиз-
мов релаксации этих напряжений может быть фазовый γ→α переход с образованием α-мартенсита.
All size tensile stresses arise in the metastable austenitic stainless steels type Kh18Ni10Ti under irradiation. It is
shown, that the γ→α phase transition with α-martensitic nucleation is the of the real relaxation mechanism of the
such stresses.
В настоящее время одним из актуальных воп-
росов реакторного материаловедения является про-
гнозирование поведения внутрикорпусных уст-
ройств (ВКУ) реакторов типа ВВЭР. Этот интерес
связан с возможностью значительных структурно-
фазовых изменений этих материалов и связанных с
ними изменений свойств (в том числе распухания),
стимулированных низкими скоростями создания
смещений, не превышающими 10-10 сна/с [1].
Целью данной работы является изучение воз-
можности протекания в материалах ВКУ – аусте-
нитных нержавеющих сталях типа Х18Н10Т – без-
диффузионных фазовых превращений мартенсит-
ного типа и их возможной роли в стимулировании
других структурных изменений и свойств.
Под облучением в материалах из-за высокой ва-
кансионной пересыщенности могут возникать и на-
капливаться напряжения всестороннего растяжения
[2, 3].
В условиях, когда подавлена подвижность дис-
локаций (в конце инкубационного периода распу-
хания), релаксация возникающих напряжений воз-
можна за счет фазообразования. Релаксация ГЦК- и
ОЦК- решеток в результате мартенситных превра-
щений объясняется объемным несоответствием γ→
α состояний (которое может достигать 1,6 %) и обу-
словлена поглощением вакансий мартенситом из
окружающей аустенитной матрицы. Особенно эф-
фективным этот способ релаксации может оказаться
в местах флуктуационных повышений концентра-
ции вакансий, в том числе в каскадах смещений.
Анализ литературы, касающейся мартенситных
превращений в деформируемых аустенитных необ-
лученных и облученных сталях, косвенно подтверж-
дает возможность такого рода превращений под
действием напряжений. Так было выяснено, что:
а) для протекания индуцируемых напряжением
мартенситных превращений предпочтительны имен-
но растягивающие напряжения [4]. Под действием
сжимающих гидростатических напряжений γ→α
переход затрудняется;
б) в облученной аустенитной хромоникелевой
стали Х18Н10Т наблюдается эффект значительного
увеличения температуры конца индуцированного
напряжением (деформацией) мартенситного превра-
щения (МП) от 130 до 330о С (верхней температуры
области, где возможен γ→α переход) [5], что соот-
ветствует рабочим температурам ВКУ ВВЭР;
в) местами концентрации напряжений, способст-
вующими МП в необлученых сталях, являются де-
фекты упаковки [6]. В свою очередь дефекты упа-
ковки могут являться одной из основных структур-
ных составляющих дефектной структуры сталей, об-
лученных при температурах ≤ 300…330о С [7];
г) установлено, что образование мартенсита об-
легчается с понижением энергии дефекта упаковки
(Э.Д.У) стали [8], а в работе [9] однозначно ус-
тановлена возможность снижения Э.Д.У материалов
под облучением.
Известно, что мартенситная прослойка объемом
Vµ возникает в структурной ячейке γ-фазы объемом
Vγ и ограничена ее естественными границами (гра-
ницы зерна, границы ранее возникших прослоек и
др.).
Для понимания роли вакансий в этом процессе
обратимся к классической схеме энергетических со-
стояний (см. рис.), лишь заменим межатомные рас-
стояния на объемы элементарных кристаллических
ячеек ωγ и ωµ в соответствующих фазовых состояни-
_______________________________________________________________________________
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2002. №4. 143
Серия:Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (82), с.143-145.
ях, которые определим как Vγ/Nγ и Vµ/Nµ, соответ-
ственно. Фактически ω можно трактовать как объем
атома в соответствующем состоянии. Увеличение,
например, ωγ объясняется накоплением избыточной
концентрации вакансий в объеме γ-фазы. На схеме
это изобразится, как заполнение энергетической
“ямы” (заштрихованная область рис.1) и повышения
Еγ до Еmax.
Заполнение “ямы” − процесс, строго говоря,
флуктуационный и, следовательно, скачкообразный.
В каком-то кристаллографическом направлении или
в плоскости достигается скачком необходимое ва-
кансионное пересыщение, превышается энергия ак-
тивации процесса и, так же скачком, происходит
превращение части объема γ-фазы в мартенсит. За
счет поглощения мартенситом вакансий из объема,
напряжения в нем релаксируют. Общая энергия си-
стемы (ячейка аустенита + прослойка мартенсита)
снижается, и возникают условия для нового ее на-
копления. Процесс идет с поглощением энергии.
Определив Vγ и Vµ, легко подсчитать концентрацию
вакансий (Сv), необходимую для фазового γ→α пре-
вращения.
Для упрощения расчетов условно примем, что
ячейка аустенита имеет форму шара с радиусом R, а
мартенситная прослойка – эллипсоид вращения,
вписанный в этот шар.
Тогда
νγ
γµ
ωω
ωω
π
−
⋅= rRnv
2
3
4 ,
где
R – радиус структурной ячейки аустенита, в которой
возникает мартенсит;
r – малый радиус мартенситной прослойки;
ωγ – объем атома в аустените;
ωµ – объем атома в мартенсите;
ωv – объем вакансии
и если
γ
γ ω
νγ VVn −= ,
где
,
3
4 3RV πγ = а ,ννν ω⋅= nV
то
).)((
)(
νγγµνµ
γµ
αγ ωωωϖωϖ
ωω
−−+
−
=→ rR
r
Cv
Эта формула выражает среднюю концентрацию
вакансий в объеме структурной ячейки, в которой
протекает образование и развитие мартенсита в виде
линзы. Подобное же выражение можно получить и
для сигарообразного (иглообразного) мартенсита, в
котором только все R и r будут во второй степени.
Если вся структурная ячейка претерпевает мар-
тенситное превращение, то R = r и
v
.11 +
−
⋅=→
γµ
ν
αγ ωω
ωCv
Эта концентрация, необходимая для превраще-
ния всей ячейки в мартенсит, одновременно выра-
жает и ту локальную концентрацию вакансий, кото-
рая необходима для начала старта превращения в
любой части объема структурной ячейки.
Схема зависимости потенциальной энергии аусте-
нитной стали от ее фазового состояния
Eγ, ωγ – потенциальная энергия и объем атома
аустенита;
Eµ, ωµ – потенциальная энергия и объем атома мар-
тенсита;
E*
1, E*
2– энергия активации прямого (E*
1) и обрат-
ного (E*
2) фазового перехода
В сталях (сплав железо-углерод) ωµ- ω γ меняется
от 1,2 до 1Å3 с ростом концентрации углерода от 0
до 1,8 %.
Если ωv ≈ωγ, то величина Сvγ→α может изменять-
ся в пределах 0,05…0,04 соответственно. Умень-
шение Сvγ→α с ростом концентрации углерода в ста-
ли понятно. Углерод сам создает в решетке железа
напряжения растяжения, которые растут с ростом
его концентрации, а вакансионная доля вклада в
усилия фазового перехода уменьшается. Получен-
ная приближенная оценка концентрации вакансий,
необходимой для γ→α превращения в сталях, явля-
ется реальной для условий реакторного облучения,
образования каскадов смещений и их перекрытия
при флюенсах, не превышающих инкубационного
периода распухания [10].
Таким образом, одним из возможных способов
релаксации растягивающих напряжений, возникаю-
щих в метастабильной аустенитной нержавеющей
стали Х18Н10Т под облучением, является фазовое γ
→α превращение с образованием α-мартенсита,
протекающее в областях с повышенной концент-
рацией вакансий, в том числе в каскадах смещений.
144
ЛИТЕРАТУРА
1. S.I.Porollo A.N.Vorobjev, Yu.V.Konobeev at al.
The influence of PWR-revelant atomic displace-
ment rates and temperatures on void swellling
//Contribution of Materials investigation to the
contribution of problems encountered in PWR
(Mate-s Int. Symp. 14-18.09.1998). Fontevrand,
France, p.93-97.
2. И.М.Ковенский, Н.В.Подборнов. Влияние ва-
кансий на внутренние напряжения в электро-
осажденных металлах //Металлы. 1992, №5,
с.189-192.
3. А.В.Кацман, Н.П.Резникова. О связи инкубаци-
онного периода распухания с внутренними на-
пряжениями, возникающими в кристаллах при
облучении //Радиационное материаловедение.
(Труды Международной конференции по радиа-
ционному материаловедению, г.Алушта, 22-25
мая 1990 г.). М.: ЦНИИатоминформ, 1990, т.5,
с.187-194.
4. J.R.Patel and M.Cohen //Acta Metallurgica. 1953,
v.1, p. 531-538.
5. N.Hashimoto, S.J.Zinkle, A.F.Rowcliffe at al.
//Journal of Nuclear Materials. 2000, v.283-287,
p.528-534.
6. Y.A.Venables //Phil. Mag. 1962, v.7, p.35-43.
7. В.Ф.Зеленский, И.М.Неклюдов, Т.П.Черняева.
Радиационные дефекты и распухание метал-
лов. Киев: «Наукова думка», 1988.
8. H.M.Otte //Acta Metallurgic. 1957, v.5, p.614-619.
9. А.А.Пархоменко К вопросу о влиянии облучения
на энергию дефекта упаковки //Научные ведо-
мости, 1998, № 1(16). Изд-во БГУ, с.75-80.
10.P.J.Maziasz. Overview of microstructural evolu-
tion in neutron-irradiated austenitic stainless steels
//Journal of Nuclear Materials. 1993, v.205, p.118-
145.
145
Схема зависимости потенциальной энергии аустенитной стали от ее фазового состояния
ЛИТЕРАТУРА
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-80159 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:13:30Z |
| publishDate | 2002 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Лаптев, И.Н. Пархоменко, А.А. 2015-04-12T16:30:09Z 2015-04-12T16:30:09Z 2002 О возможности образования мартенсита в аустенитных нержавеющих сталях под облучением / И.Н. Лаптев, А.А. Пархоменко // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 6. — С. 143-145. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80159 621.039.531 У метастабільній аустенітній сталі Х18Н10Т під опроміненням, у місцях із підвищеною концентрацією вакансій, виникають всебічні розтягувальні напруження. Показано, що одним з реальних механізмів релак- сації цих напружень може бути фазовий γ→α перехід з утворенням α-мартенсіту. В метастабильной аустенитной стали Х10Н10Т под облучением, в местах с повышенной концентрацией вакансий, возникают всесторонние растягивающие напряжения. Показано, что одним из реальных механиз- мов релаксации этих напряжений может быть фазовый γ→α переход с образованием α-мартенсита. All size tensile stresses arise in the metastable austenitic stainless steels type Kh18Ni10Ti under irradiation. It is shown, that the γ→α phase transition with α-martensitic nucleation is the of the real relaxation mechanism of the such stresses. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Краткие сообщения О возможности образования мартенсита в аустенитных нержавеющих сталях под облучением Article published earlier |
| spellingShingle | О возможности образования мартенсита в аустенитных нержавеющих сталях под облучением Лаптев, И.Н. Пархоменко, А.А. Краткие сообщения |
| title | О возможности образования мартенсита в аустенитных нержавеющих сталях под облучением |
| title_full | О возможности образования мартенсита в аустенитных нержавеющих сталях под облучением |
| title_fullStr | О возможности образования мартенсита в аустенитных нержавеющих сталях под облучением |
| title_full_unstemmed | О возможности образования мартенсита в аустенитных нержавеющих сталях под облучением |
| title_short | О возможности образования мартенсита в аустенитных нержавеющих сталях под облучением |
| title_sort | о возможности образования мартенсита в аустенитных нержавеющих сталях под облучением |
| topic | Краткие сообщения |
| topic_facet | Краткие сообщения |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80159 |
| work_keys_str_mv | AT laptevin ovozmožnostiobrazovaniâmartensitavaustenitnyhneržaveûŝihstalâhpodoblučeniem AT parhomenkoaa ovozmožnostiobrazovaniâmartensitavaustenitnyhneržaveûŝihstalâhpodoblučeniem |