Особенности нестационарной ползучести облучаемых металлов с примесью

Теоретически рассмотрено влияние примеси на динамику ползучести облучаемых металлов в рамках модели скольжения дислокаций, лимитированного их переползанием. Учтено, что скользящая дислокация способна захватывать точечные дефекты и их малые скопления, а атомы примеси могут создавать комплексы атом пр...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Вопросы атомной науки и техники
Date:	2005
Main Authors:	Селищев, П.А., Москаленко, В.В.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2005
Subjects:	Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80411
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:	Особенности нестационарной ползучести облучаемых металлов с примесью / П.А. Селищев, В.В. Москаленко // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 3. — С. 64-67. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860040756569309184
author	Селищев, П.А. Москаленко, В.В.
author_facet	Селищев, П.А. Москаленко, В.В.
citation_txt	Особенности нестационарной ползучести облучаемых металлов с примесью / П.А. Селищев, В.В. Москаленко // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 3. — С. 64-67. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Вопросы атомной науки и техники
description	Теоретически рассмотрено влияние примеси на динамику ползучести облучаемых металлов в рамках модели скольжения дислокаций, лимитированного их переползанием. Учтено, что скользящая дислокация способна захватывать точечные дефекты и их малые скопления, а атомы примеси могут создавать комплексы атом примеси-вакансия. Результаты исследования нелинейной системы уравнений, которая описывает динамику развития ползучести облучаемого образца, представлены в виде диаграммы состояний и фазовых портретов. Исследовано, как изменяются диаграмма состояний и фазовые портреты модели в присутствии примеси. Показано, что в зависимости от условий облучения и свойств облучаемых материалов могут реализоваться либо один, либо два устойчивых режима ползучести. Все качественные эффекты, свойственные ползучести в облучаемых материалах без примеси (излом, перегиб, гистерезис, провал скорости ползучести) имеются и в металлах с примесями. Теоретично розглянуто вплив домішки на динаміку повзучості опромінених металів в рамках моделі ковзання дислокацій, що лімітоване їх переповзанням. Ураховано, що ковзаюча дислокація здатна захоплювати точкові дефекти і їх малі скупчення, а атоми домішки можуть утворювати комплекси атом домішки-вакансія. Результати досліджень нелінійної системи рівнянь, що описують динаміку розвитку повзучості зразка під опроміненням, представлено у вигляді діаграми станів і фазових портретів. Досліджено як змінюється діаграма стану і фазові портрети моделі в присутності домішки. Показано, що в залежності від умов опромінення і властивостей опромінених матеріалів існує або один, або два стійкі режими стаціонарної повзучості. Всі якісні ефекти (злами, перегини, гістерезис, провал швидкості повзучості), що властиві повзучості в опромінених матеріалах, мають місце як в чистих, так і в металах з домішками. Within the framework of the dislocation climb-glide model a theoretical approach to influence of the impurity on the evolution of creep of metals under irradiation. It takes into account that glide dislocation can capture point defects and their small clusters and also impurity can make up impurity-vacancy systems. Results of the investigation оf nonlinear equations for the creep development are shown as state diagram and phase portrait. It is investigated the change of state diagram and phase portraits under the influence of impurity. It is shown depending on conditions of the irradiation and characteristic of irradiated material, one or two inconvertible states of the stationary creep exist. All qualitative effects (fracture, inflection, hysteresis, dip of creep’s speed) are particular to the creep in irradiated materials, it has a place as in pure, as in materials with an admixture.
first_indexed	2025-12-07T16:55:31Z
format	Article
fulltext	УДК 539.2:539.12.04 ОСОБЕННОСТИ НЕСТАЦИОНАРНОЙ ПОЛЗУЧЕСТИ ОБЛУЧАЕ МЫХ МЕТАЛЛОВ С ПРИМЕСЬЮ П.А. Селищев, В.В. Москаленко Национальный университет им. Тараса Шевченко, Физический факультет, г. Киев, Украина Теоретически рассмотрено влияние примеси на динамику ползучести облучаемых металлов в рамках мо дели скольжения дислокаций, лимитированного их переползанием. Учтено, что скользящая дислокация способна захватывать точечные дефекты и их малые скопления, а атомы примеси могут создавать комплек сы атом примеси-вакансия. Результаты исследования нелинейной системы уравнений, которая описывает динамику развития ползучести облучаемого образца, представлены в виде диаграммы состояний и фазовых портретов. Исследовано, как изменяются диаграмма состояний и фазовые портреты модели в присутствии примеси. Показано, что в зависимости от условий облучения и свойств облучаемых материалов могут реа лизоваться либо один, либо два устойчивых режима ползучести. Все качественные эффекты, свойственные ползучести в облучаемых материалах без примеси (излом, перегиб, гистерезис, провал скорости ползучести) имеются и в металлах с примесями. Использование металлов в качестве конструкци онного материала ядерных установок требует точно го прогноза величины их упругих и неупругих де формаций при достаточно больших временах облу чения, когда кроме напряжений и температуры важ ную роль играет радиационный фактор. Экспериментально установлено, что в целом мо нотонно возрастающая дозовая зависимость скоро сти ползучести напряженных облучаемых внутри реактора металлов имеет характерные излом, пе регибы (скачок производной) [1-4]. Динамика переходной ползучести чистых метал лов изучена в [5], где установлено, что в зависимо сти от условий облучения и состояния нагруженно го образца под облучением могут устанавливаться различные режимы ползучести. Число качественно различных режимов, т. е. динамика ползучести, определяется количеством, значением и устойчиво стью тех из них, которые являются стационарными. Особенный интерес представляет анализ влияния на ползучесть облучаемых металлов наличие атомов примеси, которые всегда присутствуют в реальном материале. В данной работе теоретически исследовано влия ние примеси на динамику ползучести облучаемого нагруженного образца. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ Радиационная ползучесть нагруженных металлов с примесями рассматривается в рамках модели «скольжение-переползание», в которой ползучесть обеспечивается скольжением дислокаций. На пути скользящей дислокации попадаются препятствия – стопоры, которые мешают последующему скольже нию дислокаций в металле. Стопорами могут быть различные несовершенства кристаллической струк туры: примеси, дислокации леса и т.д. Стопор дис локации переползает путем поглощения точечных дефектов, благодаря чему переходит в новые плос кости скольжения и скользит до остановки на новом стопоре. Важно то, что не имеет значения, как дислокация переползает стопор, – наращиванием или растворе нием экстраплоскости, поэтому скорость ползучести пропорциональна модулю разницы потоков междо узельных атомов и вакансий. Предполагалось, что основная роль примеси за ключается в связывании свободных вакансий в ма лоподвижные комплексы. Учтено, что, скользя, дислокация способна за хватывать вакансии. Задача рассматривалась в усло виях, при которых захват междоузельных атомов дислокацией маловероятен, а термическими вакан сиями и процессом рекомбинации можно прене бречь. Изменения скорости ползучести образца, кон центрации точечных дефектов и комплексов описы ваются уравнениями: ε̇=ν∣J i−J v∣, (1) dC i dt =K−β i C i−γitvC i C tv  , (2) dC v dt =K−β v Cv−νμ Cv∣αi C i−αv Cv∣−γvtv C tv−C tv  C v C tv  τ tv , (3) dC tv  dt =γvtv C tv−C tv  Cv−γitv C tv C i− C tv  τ tv . (4) Здесь Сtv – полная концентрация ловушек; С+ tv– ловушки, которые захватили вакансии; γitv пропор ционально Di, а γvtv – Dv; τtv– характерное время жиз ни комплекса по отношению к термическому распа ду; К – скорость создания дефектов внешним облу чением; Ji=αiCi и Jv=αvCv – плотности потоков меж доузельных атомов и вакансий (их концентрации Сi _______________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2005. № 3. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (86), с. 64-67. 64 и Cv) на дислокации, обеспечивающие ползучесть (их плотность – ρd/3; считается, что в среднем одна треть дислокаций имеет вектор Бюргерса, парал лельный прилагаемой нагрузке; ρd – общая плот ность дислокаций в кристалле; фактор предпочти тельного поглощения ими междоузельных атомов – zd). αv= ρd Dv /3 . Di=D0 iexp(-Ei m/kT) и Dv= D0 vexp(-Ev m/kT) – коэффициенты диффузии междо узельных атомов и вакансий; Ei m и Ev m – соответ ствующие энергии миграции; T – температура об разца; k – постоянная Больцмана. βi=(zdρd+∑zkρk)Di, β v=(ρd+∑ρk)Dv. Параметры ρk и zk – плотность и факто ры предпочтения других, недислокационных стоков. Коэффициенты v и µ являются функциями приложе ной нагрузки и свойств материала. Введем безразмерные переменные и параметры: x= Cv Cv 0 , y= C i C i 0−1 , z= C tv  C tv , τ=βv t , где C i 0=K / β i – стационарное значение концентрации междоузельных атомов, Cv 0=K / β v . α= α v β i αi βv =  zd ρd∑ z k ρk  3zd ρd∑ ρk , A= v μα i K β i βv = vμ Kzd ρd 3Dv  zd ρd∑ z k ρk ρd∑ ρk , β= γvtv C tv βv = C tv Rvtv ρv , χ= C tv Kτtv , φ= γ itvC tv β i = R itvC tv ρi , η= γitv β v γvtv β i = Ritv ρv Rvtv ρi , σ= βv Kτ tv γvtv . Тогда система (1)–(4) перепишется в виде 1 1 1dx x Ax y x x( z ) z d = − − + − α − β − + χ τ ; (5) 1v i dy y z( y ) d β = − − φ + β τ ; (6) 2 1 1v vtv dz x( z ) z( y ) z K d β = − − η + − σ γ τ . (7) ДИАГРАММА СОСТОЯНИЙ И ФАЗОВЫЕ ПОРТРЕТЫ СИСТЕМЫ Представим динамику изменения концентраций вакансий и междоузельных атомов, а соответствен но и динамику развития ползучести облучаемого об разца с помощью полного набора качественно раз личных фазовых портретов системы уравнений (5) – (7). В зависимости от значения параметров фазовые портреты могут иметь различную топологическую структуру. Разбиение пространства управляющих парамет ров (α и А) на области, в которых фазовые портреты качественно подобны – диаграмма состояний, а так же сами фазовые портреты, построенные согласно [5]. Диаграмма состояний и соответствующие фазо вые портреты при внесении примеси качественно не изменяются (для чистых металлов изоклина dy=0 совпадает с осью абсцисс). Области I диаграммы состояний (точка а на рис. 1) соответствует фазовый портрет, изображен ный на рис. 2,а. Все фазовые траектории сходятся к единственной устойчивой стационарной точке, ко торая имеет топологический тип – устойчивый «узел». В начале облучения неустановившаяся ползу честь происходит по вакансионному механизму, за тем механизм меняется на междоузельный (в этот момент скорость ползучести равна нулю), который остается и на установившейся стадии. При переходе в область II на линии 1 (точка б на рис. 1) появляет ся вторая стационарная точка (соответствующий фа зовый портрет представлен на рис. 2,б), которая яв ляется неустойчивой и в области II распадается на две: устойчивый «узел», и неустойчивое «седло». Рис. 1. Диаграмма состояния облученного металла с примесями под напряжением: разбиение пространства управляющих α и А на области Для параметров из области II (точка в на рис. 1) фазовые траектории сходятся к двум устойчивым стационарным точкам, огибая неустойчивое «седло». В начале облучения неустановившаяся ползучесть происходит по вакансионному механиз му, который в зависимости от начальной концентра ции вакансий затем либо поменяется на междоузель ный (в этот момент скорость ползучести равна нулю), либо нет (см. рис. 2,в). Таким образом, в области II могут реализоваться два режима ползучести, один из которых происхо дит по междоузельному механизму (точка а), второй _______________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2005. № 3. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (86), с. 64-67. I II III 1 2 3 А кр A α a O б в г д е α кр 65 – по вакансионному (точка б). Но при переходе из области I останется режим, которому соответствует точка а. С продвижением в глубь области II первое ста ционарное решение растет, а неустойчивое «седло» уменьшается. На границе, разделяющей области II и III (точка г на рис. 1) они сольются и исчезнут. Со ответствующий режим установившейся ползучести (по междоузельному механизму) реализоваться уже не может, он сменяется неустановившимся, и в ре зультате система переходит в устойчивое состояние, которому соответствует вакансионный режим уста новившейся ползучести (точка а на рис. 2,г). Следует заметить, что если изменениям парамет ров будет соответствовать переход из области III в область I через область II, то в области II установив шаяся ползучесть будет соответствовать стационар ному решению, которому соответствует ползучесть по вакансионному механизму (точка б на рис. 2,в), а к стационарному режиму ползучести по междо узельному механизму система перейдет через неу становившейся режим на границе областей I и II (см. линию 1, рис. 1). Образуется петля гистерезиса. В области III (см. точку д на рис.1) остается единственное устойчивое стационарное решение, к которому сходятся все фазовые траектории. Ему со ответствует режим установившейся ползучести по вакансионному механизму (см. рис. 2,д). С начала облучения и до установившейся стадии ползучесть происходит по вакансионному механизму. Излом дозовой зависимости в данной области наблюдаться не будет. При переходе из области III в область I на линии 3 (см. точку е на рис. 1) скорость установив шейся ползучести равна нулю: потоки на дислока ции вакансий и междоузельных атомов скомпенси рованы (см. рис. 2,е). _______________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2005. № 3. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (86), с. 64-67. 66 _______________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2005. № 3. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (86), с. 64-67. х у 0 -1 у х0 -1 1/α a б уу у у х х хх 0 0 0 0 -1 1/α в -1 1/α г -1 1/α д 1/α -1 е Рис. 2. Фазовый портрет для параметров внутри и на границе каждой из областей диаграммы состояний. Пунктирную линию создают состояния, для которых �. Сплошной толстой линией указаны главные изоклины 1/α 67 Подводя итоги, можно сказать, что в зависимо сти от значений условий облучения и свойств облу чаемого образца могут реализоваться либо один, либо два стационарных режима ползучести. Кон кретный режим ползучести определяется начальным состоянием образца. Скорость ползучести может стремиться к стационарному значению либо моно тонно, либо проходя через экстремум. В момент времени, когда потоки на дислокации вакансий и междоузельных атомов становятся равными, ско рость ползучести будет равна нулю. Это приводит к появлению изломов дозовой зависимости ползуче сти. В присутствии примеси, которая способна связы вать вакансии и образовывать вакансионные комплексы, стационарные значения скорости ползу чести и концентрации дефектов меняются. К каче ственному изменению динамики нестационарной ползучести наличие примеси не приводит. Фазовые портреты деформируются, но остаются топологиче ски подобные. Все качественные эффекты (излом, перегиб, гистерезис, провал скорости ползучести), свойственные ползучести в облучаемых материалах, имеются как в чистых, так и в металлах с примеся ми. Полученные результаты позволяют прогнозиро вать поведение материалов и определять оптималь ные режимы их эксплуатации. ЛИТЕРАТУРА 1.W. Schule, H. Hausen. Neutron irradiation creep in stainless steel alloys //J.Nucl.Mater. 1994, v. 212–215, p. 388 2.M.B. Toloczko, F.A. Garner, C.R. Eiholzer. Irradia tion creep and swelling of the US fusion heats of HT9 and 9Cr-1Mo to 208 dpa at ~400oC //J.Nucl.Mater. 1994, v. 212–215, p. 604. 3.В.С. Карасев, А.Ю. Тоцкий. Смена механизма переходной ползучести металлах под облучением //ВАНТ. Сер.: ФРП и РМ. 1990, в. 1(52), с. 37. 4.В.С. Карасев, А.Ю. Тоцкий, Л.С. Ожигов. Влияние примеси на переходную радиационную ползучесть никеля //ВАНТ. Сер. ФРП и РМ. 1994, в. 1(61), с. 3. 5.П.А. Селищев. Самоорганизация в радиационной физике. Киев: «Аспект полиграф», 2004, с. 240. ОСОБЛИВОСТІ НЕСТАЦІОНАРНОЇ ПОВЗУЧОСТІ МЕТАЛІВ З ДОМІШКАМИ ПІД ОПРОМІНЕННЯМ П.О. Селищев, В.В. Москаленко Теоретично розглянуто вплив домішки на динаміку повзучості опромінених металів в рамках моделі ковзання дисло кацій, що лімітоване їх переповзанням. Ураховано, що ковзаюча дислокація здатна захоплювати точкові дефекти і їх малі скупчення, а атоми домішки можуть утворювати комплекси атом домішки-вакансія. Результати досліджень неліній ної системи рівнянь, що описують динаміку розвитку повзучості зразка під опроміненням, представлено у вигляді діа грами станів і фазових портретів. Досліджено як змінюється діаграма стану і фазові портрети моделі в присутності домішки. Показано, що в залежності від умов опромінення і властивостей опромінених матеріалів існує або один, або два стійкі режими стаціонарної повзучості. Всі якісні ефекти (злами, перегини, гістерезис, провал швидкості повзучості), що властиві повзучості в опромінених матеріалах, мають місце як в чистих, так і в металах з домішками. NON-STATIONARY CREEP OF IMPURITY METALS UNDER IRRADIATION P.A. Selyshchev, V.V. Moskalenko Within the framework of the dislocation climb-glide model a theoretical approach to influence of the impurity on the evolu tion of creep of metals under irradiation. It takes into account that glide dislocation can capture point defects and their small clus ters and also impurity can make up impurity-vacancy systems. Results of the investigation оf nonlinear equations for the creep development are shown as state diagram and phase portrait. It is investigated the change of state diagram and phase portraits un der the influence of impurity. It is shown depending on conditions of the irradiation and characteristic of irradiated material, one or two inconvertible states of the stationary creep exist. All qualitative effects (fracture, inflection, hysteresis, dip of creep’s speed) are particular to the creep in irradiated materials, it has a place as in pure, as in materials with an admixture. _______________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2005. № 3. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (86), с. 64-67. 68
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-80411
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1562-6016
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T16:55:31Z
publishDate	2005
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
record_format	dspace
spelling	Селищев, П.А. Москаленко, В.В. 2015-04-17T17:16:36Z 2015-04-17T17:16:36Z 2005 Особенности нестационарной ползучести облучаемых металлов с примесью / П.А. Селищев, В.В. Москаленко // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 3. — С. 64-67. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80411 539.2:539.12.04 Теоретически рассмотрено влияние примеси на динамику ползучести облучаемых металлов в рамках модели скольжения дислокаций, лимитированного их переползанием. Учтено, что скользящая дислокация способна захватывать точечные дефекты и их малые скопления, а атомы примеси могут создавать комплексы атом примеси-вакансия. Результаты исследования нелинейной системы уравнений, которая описывает динамику развития ползучести облучаемого образца, представлены в виде диаграммы состояний и фазовых портретов. Исследовано, как изменяются диаграмма состояний и фазовые портреты модели в присутствии примеси. Показано, что в зависимости от условий облучения и свойств облучаемых материалов могут реализоваться либо один, либо два устойчивых режима ползучести. Все качественные эффекты, свойственные ползучести в облучаемых материалах без примеси (излом, перегиб, гистерезис, провал скорости ползучести) имеются и в металлах с примесями. Теоретично розглянуто вплив домішки на динаміку повзучості опромінених металів в рамках моделі ковзання дислокацій, що лімітоване їх переповзанням. Ураховано, що ковзаюча дислокація здатна захоплювати точкові дефекти і їх малі скупчення, а атоми домішки можуть утворювати комплекси атом домішки-вакансія. Результати досліджень нелінійної системи рівнянь, що описують динаміку розвитку повзучості зразка під опроміненням, представлено у вигляді діаграми станів і фазових портретів. Досліджено як змінюється діаграма стану і фазові портрети моделі в присутності домішки. Показано, що в залежності від умов опромінення і властивостей опромінених матеріалів існує або один, або два стійкі режими стаціонарної повзучості. Всі якісні ефекти (злами, перегини, гістерезис, провал швидкості повзучості), що властиві повзучості в опромінених матеріалах, мають місце як в чистих, так і в металах з домішками. Within the framework of the dislocation climb-glide model a theoretical approach to influence of the impurity on the evolution of creep of metals under irradiation. It takes into account that glide dislocation can capture point defects and their small clusters and also impurity can make up impurity-vacancy systems. Results of the investigation оf nonlinear equations for the creep development are shown as state diagram and phase portrait. It is investigated the change of state diagram and phase portraits under the influence of impurity. It is shown depending on conditions of the irradiation and characteristic of irradiated material, one or two inconvertible states of the stationary creep exist. All qualitative effects (fracture, inflection, hysteresis, dip of creep’s speed) are particular to the creep in irradiated materials, it has a place as in pure, as in materials with an admixture. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах Особенности нестационарной ползучести облучаемых металлов с примесью Особливості нестаціонарної повзучості металів з домішками під опроміненням Non-stationary creep of impurity metals under irradiation Article published earlier
spellingShingle	Особенности нестационарной ползучести облучаемых металлов с примесью Селищев, П.А. Москаленко, В.В. Физика радиационных повреждений и явлений в твердых телах
title	Особенности нестационарной ползучести облучаемых металлов с примесью
title_alt	Особливості нестаціонарної повзучості металів з домішками під опроміненням Non-stationary creep of impurity metals under irradiation
title_full	Особенности нестационарной ползучести облучаемых металлов с примесью
title_fullStr	Особенности нестационарной ползучести облучаемых металлов с примесью
title_full_unstemmed	Особенности нестационарной ползучести облучаемых металлов с примесью
title_short	Особенности нестационарной ползучести облучаемых металлов с примесью
title_sort	особенности нестационарной ползучести облучаемых металлов с примесью
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/123456789/80411
work_keys_str_mv	AT seliŝevpa osobennostinestacionarnoipolzučestioblučaemyhmetallovsprimesʹû AT moskalenkovv osobennostinestacionarnoipolzučestioblučaemyhmetallovsprimesʹû AT seliŝevpa osoblivostínestacíonarnoípovzučostímetalívzdomíškamipídopromínennâm AT moskalenkovv osoblivostínestacíonarnoípovzučostímetalívzdomíškamipídopromínennâm AT seliŝevpa nonstationarycreepofimpuritymetalsunderirradiation AT moskalenkovv nonstationarycreepofimpuritymetalsunderirradiation

Особенности нестационарной ползучести облучаемых металлов с примесью

Institution

Similar Items