Диссипативные и механические свойства гафния в интервале температур 70…950 К
Исследованы диссипативные и механические свойства гафния марки ГФЭ-1 в температурном интервале 70…950 К в деформированном состоянии и после отжигов при температурах 673, 873, 1073, 1123, 1373 и 1473 К. Показано, что для деформированных и отожженных при 673 и 873 К образцов характерно наличие пика...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Datum: | 2004 |
| Hauptverfasser: | , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2004
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81255 |
| 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: | Диссипативные и механические свойства гафния в интервале температур 70…950 К / В.С. Оковит, Л.А. Чиркина, Я.Д. Стародубов, В.И. Соколенко, В.В. Калиновский, К.В. Ковтун, Р.В. Ажажа // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 6. — С. 34-38. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-81255 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Оковит, В.С. Чиркина, Л.А. Стародубов, Я.Д. Соколенко, В.И. Калиновский, В.В. Ковтун, К.В. Ажажа, Р.В. 2015-05-13T19:05:34Z 2015-05-13T19:05:34Z 2004 Диссипативные и механические свойства гафния в интервале температур 70…950 К / В.С. Оковит, Л.А. Чиркина, Я.Д. Стародубов, В.И. Соколенко, В.В. Калиновский, К.В. Ковтун, Р.В. Ажажа // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 6. — С. 34-38. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81255 621.039; 539.67 Исследованы диссипативные и механические свойства гафния марки ГФЭ-1 в температурном интервале 70…950 К в деформированном состоянии и после отжигов при температурах 673, 873, 1073, 1123, 1373 и 1473 К. Показано, что для деформированных и отожженных при 673 и 873 К образцов характерно наличие пика внутреннего трения в области 160…250 К и соответствующего перегиба на температурной зависимо- сти модуля сдвига. После отжигов при Т≥1073 К низкотемпературный пик внутреннего трения исчезает и наблюдается смещение температуры резкого подъема декремента затухания от 400 до 750 К. С увеличением температуры испытаний при монотонном снижении характеристик прочности происходит немонотонное изменение пластичности образцов, деформированных прокаткой при 1273 К на 80 % и отожженных при 1123 К. Обсуждаются причины наблюдаемых структурно-чувствительных эффектов изменения свойств гафния. Досліджені дисипативні и механічні властивості гафнию марки ГФЭ-1 в температурному інтервалі 70… 950 К в деформованому стані и після відпалів при температурах 673, 873, 1073, 1123, 1373 и 1473 К. Показано, що для деформованих та відпалених при 673 та 873 К зразків характерна наявність піка внутрішнього тертя в області 160…250 К и відповідного перегину на температурній залежності модуля зсуву. Після відпалів при Т≥1073 К низькотемпературний пік внутрішнього тертя зникає і спостерігається зсув температури різкого підйому декремента загасання від 400 до 750 К. З збільшенням температури іспитів при монотонному зниженні характеристик міцності відбувається немонотонна зміна пластичності зразків, деформованих прокаткою при 1273 К на 80 % и відпалених при 1123 К. Обговорюються причини структурно-чутливих ефектів зміни властивостей гафнію, що спостерігаються. Dissipative and mechanical properties of HFE-1 hafnium in a temperature range 70 … 950 K in the deformed state and after annealing at temperatures 673, 873, 1073, 1123, 1373 and 1473 K are investigated. It was shown, that for deformed and annealed at 673 and 873 K samples is characteristic the presence of peak of internal friction in the range 160… 250 K and a corresponding kinks on temperature dependences of a shear modulus. After annealing at Т≥1073 K the low-temperature peak of internal friction disappears and displacement of temperature of sharp rise of decrement of attenuation from 400 up to 750 K is observed. When the testing temperature increases there are the monotonous decrease of strength characteristics and nonmonotonic change of plasticity of the samples deformed by a rolling at 1273 K on 80 % and annealed at 1123 K take place. The reasons of observed structural-sensitive effects of properties change of hafnium are discussed. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Чистые материалы и вакуумные технологии Диссипативные и механические свойства гафния в интервале температур 70…950 К Дисипативні і механічні властивості гафнию в інтервалі температур 70…950 К Dissipative and mechanical properties of hafnium in temperatures range 70…950 K Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Диссипативные и механические свойства гафния в интервале температур 70…950 К |
| spellingShingle |
Диссипативные и механические свойства гафния в интервале температур 70…950 К Оковит, В.С. Чиркина, Л.А. Стародубов, Я.Д. Соколенко, В.И. Калиновский, В.В. Ковтун, К.В. Ажажа, Р.В. Чистые материалы и вакуумные технологии |
| title_short |
Диссипативные и механические свойства гафния в интервале температур 70…950 К |
| title_full |
Диссипативные и механические свойства гафния в интервале температур 70…950 К |
| title_fullStr |
Диссипативные и механические свойства гафния в интервале температур 70…950 К |
| title_full_unstemmed |
Диссипативные и механические свойства гафния в интервале температур 70…950 К |
| title_sort |
диссипативные и механические свойства гафния в интервале температур 70…950 к |
| author |
Оковит, В.С. Чиркина, Л.А. Стародубов, Я.Д. Соколенко, В.И. Калиновский, В.В. Ковтун, К.В. Ажажа, Р.В. |
| author_facet |
Оковит, В.С. Чиркина, Л.А. Стародубов, Я.Д. Соколенко, В.И. Калиновский, В.В. Ковтун, К.В. Ажажа, Р.В. |
| topic |
Чистые материалы и вакуумные технологии |
| topic_facet |
Чистые материалы и вакуумные технологии |
| publishDate |
2004 |
| language |
Russian |
| container_title |
Вопросы атомной науки и техники |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Дисипативні і механічні властивості гафнию в інтервалі температур 70…950 К Dissipative and mechanical properties of hafnium in temperatures range 70…950 K |
| description |
Исследованы диссипативные и механические свойства гафния марки ГФЭ-1 в температурном интервале
70…950 К в деформированном состоянии и после отжигов при температурах 673, 873, 1073, 1123, 1373 и
1473 К. Показано, что для деформированных и отожженных при 673 и 873 К образцов характерно наличие
пика внутреннего трения в области 160…250 К и соответствующего перегиба на температурной зависимо-
сти модуля сдвига. После отжигов при Т≥1073 К низкотемпературный пик внутреннего трения исчезает и
наблюдается смещение температуры резкого подъема декремента затухания от 400 до 750 К. С увеличением
температуры испытаний при монотонном снижении характеристик прочности происходит немонотонное изменение пластичности образцов, деформированных прокаткой при 1273 К на 80 % и отожженных при
1123 К. Обсуждаются причины наблюдаемых структурно-чувствительных эффектов изменения свойств гафния.
Досліджені дисипативні и механічні властивості гафнию марки ГФЭ-1 в температурному інтервалі 70…
950 К в деформованому стані и після відпалів при температурах 673, 873, 1073, 1123, 1373 и 1473 К.
Показано, що для деформованих та відпалених при 673 та 873 К зразків характерна наявність піка
внутрішнього тертя в області 160…250 К и відповідного перегину на температурній залежності модуля
зсуву. Після відпалів при Т≥1073 К низькотемпературний пік внутрішнього тертя зникає і спостерігається
зсув температури різкого підйому декремента загасання від 400 до 750 К. З збільшенням температури
іспитів при монотонному зниженні характеристик міцності відбувається немонотонна зміна пластичності
зразків, деформованих прокаткою при 1273 К на 80 % и відпалених при 1123 К. Обговорюються причини
структурно-чутливих ефектів зміни властивостей гафнію, що спостерігаються.
Dissipative and mechanical properties of HFE-1 hafnium in a temperature range 70 … 950 K in the deformed
state and after annealing at temperatures 673, 873, 1073, 1123, 1373 and 1473 K are investigated. It was shown, that
for deformed and annealed at 673 and 873 K samples is characteristic the presence of peak of internal friction in the
range 160… 250 K and a corresponding kinks on temperature dependences of a shear modulus. After annealing at
Т≥1073 K the low-temperature peak of internal friction disappears and displacement of temperature of sharp rise of
decrement of attenuation from 400 up to 750 K is observed. When the testing temperature increases there are the
monotonous decrease of strength characteristics and nonmonotonic change of plasticity of the samples deformed by
a rolling at 1273 K on 80 % and annealed at 1123 K take place. The reasons of observed structural-sensitive effects
of properties change of hafnium are discussed.
|
| issn |
1562-6016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/81255 |
| citation_txt |
Диссипативные и механические свойства гафния в интервале температур 70…950 К / В.С. Оковит, Л.А. Чиркина, Я.Д. Стародубов, В.И. Соколенко, В.В. Калиновский, К.В. Ковтун, Р.В. Ажажа // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 6. — С. 34-38. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT okovitvs dissipativnyeimehaničeskiesvoistvagafniâvintervaletemperatur70950k AT čirkinala dissipativnyeimehaničeskiesvoistvagafniâvintervaletemperatur70950k AT starodubovâd dissipativnyeimehaničeskiesvoistvagafniâvintervaletemperatur70950k AT sokolenkovi dissipativnyeimehaničeskiesvoistvagafniâvintervaletemperatur70950k AT kalinovskiivv dissipativnyeimehaničeskiesvoistvagafniâvintervaletemperatur70950k AT kovtunkv dissipativnyeimehaničeskiesvoistvagafniâvintervaletemperatur70950k AT ažažarv dissipativnyeimehaničeskiesvoistvagafniâvintervaletemperatur70950k AT okovitvs disipativníímehaníčnívlastivostígafniûvíntervalítemperatur70950k AT čirkinala disipativníímehaníčnívlastivostígafniûvíntervalítemperatur70950k AT starodubovâd disipativníímehaníčnívlastivostígafniûvíntervalítemperatur70950k AT sokolenkovi disipativníímehaníčnívlastivostígafniûvíntervalítemperatur70950k AT kalinovskiivv disipativníímehaníčnívlastivostígafniûvíntervalítemperatur70950k AT kovtunkv disipativníímehaníčnívlastivostígafniûvíntervalítemperatur70950k AT ažažarv disipativníímehaníčnívlastivostígafniûvíntervalítemperatur70950k AT okovitvs dissipativeandmechanicalpropertiesofhafniumintemperaturesrange70950k AT čirkinala dissipativeandmechanicalpropertiesofhafniumintemperaturesrange70950k AT starodubovâd dissipativeandmechanicalpropertiesofhafniumintemperaturesrange70950k AT sokolenkovi dissipativeandmechanicalpropertiesofhafniumintemperaturesrange70950k AT kalinovskiivv dissipativeandmechanicalpropertiesofhafniumintemperaturesrange70950k AT kovtunkv dissipativeandmechanicalpropertiesofhafniumintemperaturesrange70950k AT ažažarv dissipativeandmechanicalpropertiesofhafniumintemperaturesrange70950k |
| first_indexed |
2025-11-26T00:08:10Z |
| last_indexed |
2025-11-26T00:08:10Z |
| _version_ |
1850591696199352320 |
| fulltext |
УДК 621.039; 539.67
ДИССИПАТИВНЫЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАФНИЯ
В ИНТЕРВАЛЕ ТЕМПЕРАТУР 70…950 К
В.С.Оковит, Л.А.Чиркина, Я.Д.Стародубов, В.И.Соколенко,
В.В.Калиновский, К.В.Ковтун, Р.В.Ажажа
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»
61108, г. Харьков, ул. Академическая, 1, Украина; E-mail: vsokol@kipt.kharkov.ua
Исследованы диссипативные и механические свойства гафния марки ГФЭ-1 в температурном интервале
70…950 К в деформированном состоянии и после отжигов при температурах 673, 873, 1073, 1123, 1373 и
1473 К. Показано, что для деформированных и отожженных при 673 и 873 К образцов характерно наличие
пика внутреннего трения в области 160…250 К и соответствующего перегиба на температурной зависимо-
сти модуля сдвига. После отжигов при Т≥1073 К низкотемпературный пик внутреннего трения исчезает и
наблюдается смещение температуры резкого подъема декремента затухания от 400 до 750 К. С увеличением
температуры испытаний при монотонном снижении характеристик прочности происходит немонотонное из-
менение пластичности образцов, деформированных прокаткой при 1273 К на 80 % и отожженных при
1123 К. Обсуждаются причины наблюдаемых структурно-чувствительных эффектов изменения свойств гаф-
ния.
ВВЕДЕНИЕ
Важной задачей для эффективной эксплуатации
ядерных реакторов является оптимизация свойств
материалов, используемых в качестве поглотителей,
элементов управления, регулирования и защиты. В
последнее время для органов СУЗ в энергетических
реакторах ВВЭР-1000 разрабатываются и исследу-
ются новые материалы – гафний и сплавы на его
основе. Использование гафния и его сплавов являет-
ся перспективным как в качестве органов СУЗ, так и
для создания ПЭЛ благодаря удачному сочетанию
его нейтронно-физических, механических и химиче-
ских свойств, что даёт возможность увеличения сро-
ка эксплуатации изделий из гафния в атомной тех-
нике до 15 лет.
Целью данной работы было исследование дисси-
пативных и механических свойств гафния в диапа-
зоне температур 70…950 К.
МЕТАРИАЛ И МЕТОДИКА
В качестве материала исследования был взят
гафний марки ГФЭ-1 чистотой 99,7 мас. % с содер-
жанием О2< 0,05 мас. %, Fe≈0,03…0,04 мас. % и
Zr = 0,2 мас. %. В состоянии поставки материал
представлял слиток ∅ 150 мм. Слиток протачивали
до прутка ∅90 мм. Затем пруток подвергался ковке
при 1273 К для получения прутка ∅ 30 мм. Пруток
∅30 мм зачехловывали в Ст.3 и экструдировали до
∅ 10 мм при 1273 К. Окончательная процедура – во-
лочение при 973…1023 К до ∅ 1мм. В результате
такой деформации были получены текстурирован-
ные образцы с разориентацией субзерен не более 2°.
Субзерна неравноосные, удлинены в перпендику-
лярном базисной плоскости направлении. Средний
размер субзерен d = 0,14 мкм. Соотношение про-
дольного и поперечного размера субзерен составля-
ло 4 [1,2]. Эти образцы считались «исходными».
Исследование диссипативных и упругих свойств
осуществлялось на образцах гафния в различных
структурных состояниях, создаваемых: а) волочени-
ем на 90 % при 973…1023 К («исходные» образцы);
б) отжигом «исходных» образцов при 673, 873, 1073
и 1123К в течение 1 ч для снятия напряжений;
в) отжигом «исходных» образцов при 1373 К в тече-
ние 5 ч для перевода примесей из частиц выделений
и границ раздела в твёрдый раствор; г) отжигом «ис-
ходных» образцов при 1473К в течение 2 ч. Отжиги
проводились в вакууме 10-5 Торр.
Внутреннее трение (декремент затухания δ) и
модуль сдвига G измеряли на образцах ∅1 мм, дли-
ной 30 мм на установке типа обратного крутильного
маятника на частотах f = 0,16 и 0,36 Гц в амплитудо-
независимой части внутреннего трения (амплитуда
колебаний не превышала 10-5) в области температур
70…950 К.
Механические свойства гафния (предел пропор-
циональности σпр, условный предел текучести σ0,2,
предел прочности σВ, равномерное удлинение εр, об-
щее удлинение εобщ,) определялись в условиях актив-
ного растяжения со скоростью 10-3 с-1 в интервале
температур 77…650 К на образцах в виде двойных
лопаток с размером рабочей части 0,8×2,4×17 мм,
вырезанных электроискровым способом из гафние-
вых пластин, полученных путем прокатки при
1273 К с суммарной деформацией 80 %. Образцы
отжигались при 1123 К в вакууме
10-5 Торр в течение 1 ч.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
И ОБСУЖДЕНИЕ
Диссипативные свойства гафния. Результаты
измерения температурной зависимости внутреннего
трения Hf в “исходном” состоянии приведены на
рис.1 (кривая 1). Видно, что на зависимости δ(Т)
фиксируется высокий пик внутреннего трения с
максимумом при 200 К, а при нагреве образца выше
400 К наблюдается резкий рост декремента затуха-
ния вплоть до 650 К.
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. № 6.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (14), с. 34-38.
34
Рис. 1. Температурные зависимости декремента
затухания образцов гафния в “исходном” состоя-
нии (волочение при 973 К от ∅10 мм до ∅1 мм)
(крив.1) и после отжига при 1123 К в течение 1 ч
(крив.2), при 1373 К в течение 5 ч (крив.3) и при
1473 К в течение 2 ч (крив.4). f=0,36 Гц
Изменение частоты измерения внутреннего тре-
ния от 0,36 до 0,16 Гц приводит к смещению пика в
сторону низких температур (рис.2). Этот факт
свидетельствует о том, что процесс структурных из-
менений, вызывающий появление пика внутреннего
трения, имеет релаксационную природу, и энергия
активации этого процесса может быть определена
по формуле [3,4]: f
f
TT
TTRH
1
2
12
21 lg3,2
−
= , где
R=8,62∙10-5 эВ/град – газовая постоянная; Т1 и Т2 –
температуры максимумов при изменении частоты от
f1 до f2.
Рис.2. Влияние частоты измерения на температур-
ную зависимость декремента затухания “исходно-
го” образца Hf (края 1 - 0,36 Гц,
кривая 2 - 0,16 Гц)
Энергия активации процесса, вызывающего пик
с максимумом вблизи 200 К, оказалась равной
0,22 эВ, что совпадает с энергией активации пиков
Бордони, природу которых можно интерпретировать
как тепловую активацию дислокационных линий
при наличии вакансий и примесных атомов. Пола-
гая, что обнаруженный пик внутреннего трения,
подобно традиционному пику Бордони, может быть
удалён отжигом деформированного материала, были
проведены отжиги “исходного” образца при 673,
873 и 1073 К. Результаты измерения внутреннего
трения приведены на рис.3.
Видно, что высота пика при повышении темпера-
туры отжига от 673 до 873 К уменьшается, а темпе-
ратура максимума смещается в сторону низких тем-
ператур. Отжиг при 1073 К приводит к полному ис-
чезновению пика внутреннего трения. Характер из-
менения высоты этого максимума от температуры
отжига приведен на рис.4.
Повышение температуры отжига образцов Hf до
1123…1473 К, кроме подавления пика внутреннего
трения в области низких температур, в области вы-
соких температур способствует смещению резкого
подъёма декремента затухания от 400 К для “исход-
ного” состояния до 700…800 К для отожжённых об-
разцов (рис.1). Причём, чем выше температура от-
жига, тем при более высокой температуре реализу-
ется этот подъём кривой δ(Т).
Рис.3. Изменение параметров пика внутреннего
трения гафния в “исходном” состоянии в зависимо-
сти от температуры отжига: 1-”исходное” со-
стояние; 2 - после отжига при 673 К; 3 - после от-
жига при 873 К; 4 - после отжига при 1073 К
Модуль сдвига гафния. Температурная зави-
симость модуля сдвига Hf в разных структурных со-
стояниях приведена на рис.5. Для гафния в “исход-
ном” состоянии характерно изменение наклона зави-
симости G(T) в области низкотемпературного пика
внутреннего трения (170…350 К). При Т≥350 К сно-
ва меняется скорость линейной зависимости G(T)
(рис.5, кривая 1). После отжига «исходного» образ-
ца при 673 и 873 К на кривых G(T) обнаруживается
тенденция к аномальному уменьшению модуля
сдвига в области 70…250 К (крив.2,3). Повышение
температуры отжига до 1073 К заметно повышает
абсолютную величину модуля сдвига, не меняя ха-
рактера зависимости G(T) по сравнению с «исход-
ным» образцом, несмотря на то, что пик внутренне-
го трения после отжига при 1073 К исчезает
(крив.4).
Дальнейшее повышение температуры отжига до
1123 и 1373 К вызывает ещё большее увеличение
35
уровня модуля сдвига во всём исследованном интер-
вале температур (70…900 К) (см. рис.5, крив.5, 6).
Обращает на себя внимание абсолютная величина
модуля сдвига и характер его температурной зависи-
мости при повышении температуры отжига до
1473 К: уровень G(T) снижается в диапазоне 300…
900 К и возникает немонотонность изменения моду-
ля сдвига от температуры. Более резкое размягчение
модуля сдвига отмечается в областях 570…720 К и
при Т>810К (см. рис.5, крив.7). Характерно, что для
Hf, отожжённого при 1373 К, температура 720 К
также является особой точкой - меняется наклон за-
висимости G(T) (см. рис.5, крив.6).
Рис.4. Изменение высоты пика при 200 К для образ-
ца гафния в “исходном” состоянии от температу-
ры отжига
Рис.5. Температурная зависимость модуля сдвига
образца гафния в “исходном” состоянии (крив.1) и
после отжигов при 673 К (крив.2), 873 К (крив.3),
1073 К (крив.4), 1123 К (крив.5), 1373 К (крив.6), и
1473 К (крив.7)
Обнаруженные в данной работе пики внутренне-
го трения в области 160…250 К и соответствующие
перегибы на зависимостях G(T) могут быть след-
ствием наличия специфической дислокационной
структуры в окружении точечных дефектов, которая
удерживается в материале до высоких температур в
результате высоких полей внутренних напряжений,
создаваемых ярко выраженной текстурой деформа-
ции. Термоактивация в процессе отжигов при 673…
873 К способствует частичному снятию напряже-
ний, перераспределению легкоподвижных точечных
дефектов на дислокации и границы раздела разных
типов, что вызывает уменьшение высоты пика вну-
треннего трения. Подавление пика на зависимости δ
(Т) и существенный рост модуля сдвига после отжи-
гов при Т≥1073 К может быть следствием начала
разрушения текстуры и активации процесса рекри-
сталлизации.
Характеристики прочности и пластичности
гафния. Температурные зависимости характери-
стик прочности и пластичности гафния в области
77…650 К приведены на рис.6 и 7.
Изучение механических свойств Hf показало, что
с повышением температуры от 77 до ~160 К величи-
на σВ практически не меняется и составляет
~ 650 МПа, а затем монотонно снижается со сред-
ним температурным коэффициентом dσВ/dT≈
0,95 МПа/К в области 160…400К и dσВ/dT≈
0,85 МПа/К в области 400…650 К , достигая при
650 К значения 240 МПа (см. рис.6, крив.1). Преде-
лы текучести и пропорциональности при этом изме-
няются примерно по линейному закону с существен-
но меньшим температурным коэффициентом
dσ /dT≈0,3 МПа/К) с 350 МПа при 77 К до 160 МПа
при 650 К для σ02 и с 320 МПа при 77 К до
~150 МПа при 650 К для σпц (см. рис.6, крив.2, 3).
Рис.6. Температурная зависимость предела прочно-
сти (1), условного предела текучести (2) и предела
пропорциональности (3) гафния, прокатанного при
1273 К на 80% и отожженного при 1273 К в тече-
ние 1 ч
Температурная зависимость относительного
удлинения (равномерного и общего) (см. рис.7) ха-
рактеризуется тремя областями: областью резкого
роста при повышении температуры от 77 до 160К
(от 2 до 12 %), слабого изменения εобщ и падения εР в
области 160…400 К и монотонного роста выше
400 К, достигающего при 650 К высокой пластич-
ности (εР≈40 %, εобщ≈45 %).
Обращает на себя внимание разный характер
температурных зависимостей σ(Т) для разных уров-
ней упрочнения. Для σпц и σ0,2, т.е на уровне I стадии
деформационного упрочнения, напряжение пласти-
ческого течения характеризуется, как обычно, ли-
нейной зависимостью от температуры, особенно для
низких температур. При переходе к III стадии де-
формационного упрочнения (при приближении к σВ)
36
температурная зависимость напряжения пластиче-
ского течения распадается на три области: область
независимости σВ от температуры (77…160 К), об-
ласть линейного падения напряжения пластического
течения с ростом температуры (160…400 К) и об-
ласть более слабой зависимости σВ от температуры
(400…650 К). Более того, при сопоставлении зави-
симостей предела прочности (см. рис.6,крив.1) и мо-
дуля сдвига (см. рис..5.крив.1) от температуры вид-
но, что и на кривой G(T) также можно выделить три
области, совпадающие и по температурным интер-
валам, и по характеру изменения измеряемых пара-
метров от температуры: область очень слабой зави-
симости G(Т) (70…200 К) и две области (200…
350 К и 350…700 К) линейного снижения модуля
сдвига с разными скоростями.
Рис.7. Температурная зависимость относительно-
го общего (1) и равномерного (2) удлинения гафния,
прокатанного при 1273 К на 80% и отожжённого
при 1273 К
Важно отметить, что вторая область на кривых σ
В(Т) и G(Т) совпадает с температурной областью
проявления пика внутреннего трения на зависимо-
сти δ(Т) для деформированного состояния (см. рис.1
и рис.3). Характерно, что вторая температурная об-
ласть и на зависимости относительного удлинения
(ε) от температуры (160…400 К) также соответству-
ет температурной области пика внутреннего трения
и имеет важную особенность – падение пластично-
сти с ростом температуры (см. рис.7.,крив.2).
Слабую зависимость σ0,2(Т) и рост пластичности
при понижении температуры имеют металлы с ГЦК-
решёткой и металлы с ГПУ-решёткой, ориентиро-
ванные для реализации скольжения по плоскостям с
наиболее плотной упаковкой атомов, зависящей от
отношения кристаллографических осей с/а («иде-
альное» отношение с/а=1,633). Поэтому у гафния,
характеризуемого с/а=1,582, скольжение должно
осуществляться по плоскостям призмы ( 0110 ). Од-
нако при изучении механических свойств ГПУ-ме-
таллов нужно ориентироваться не только на таблич-
ные данные с/а, а учитывать количество, тип и рас-
пределение примесей, величину, анизотропию и
температурную зависимость энергии дефектов упа-
ковки, а также критерии легкости скольжения из
анизотропной теории упругости [5,6]. Для Hf прояв-
ление наблюдаемых зависимостей G(T), σпц(Т), σ
0,2(Т) и εр(Т) может быть следствием существования
азимутальной текстуры (0002), возникающей после
развала аксиальной текстуры ( 0110 ) в результате от-
жига при 1123 К [2]. Наличие азимутальной тексту-
ры (0002), очевидно, обеспечивает легкое термоак-
тивированное течение материала в области 160…
400 К.
Анализ температурных зависимостей измеряе-
мых параметров и сопоставление с литературными
данными [4,7-9], позволяет высказать предположе-
ние о механизмах, контролирующих пластическую
деформацию гафния в исследованных температур-
ных интервалах. В области низких температур (77…
160 К) основным механизмом сопротивления пла-
стическому деформированию в гафнии являются ре-
шеточные силы трения, температурная зависимость
которых определяется температурной зависимостью
модуля сдвига. В температурной области пика вну-
треннего трения (160…400 К) величина напряжения
пластического течения связана с уровнем тепловой
активации краевых дислокаций для преодоления то-
чечных стопоров различных размеров. В области
400…650 К критические скалывающие напряжения,
очевидно, в основном будут определяться количе-
ством и распределением примесей, величиной энер-
гии дефекта упаковки и её температурной зависи-
мостью, что обеспечивает склонность металла к по-
перечному скольжению винтовых дислокаций.
ВЫВОДЫ
1. Изучены температурные зависимости внутрен-
него трения и модуля сдвига в области 70…950 К
гафния в разных структурных состояниях, создавае-
мых деформацией волочением при 973 К от ∅10 мм
до ∅1 мм и отжигами при 673, 873, 1073, 1123, 1373
и 1473 К.
2. Показано наличие пика внутреннего трения и
соответствующего ему перегиба на зависимости
G(T) в области 160…250 К для “исходного” и
отожжённых при 673 и 873 К образцов Hf.
3. Установлено, что отжигами при 673 и 873 К
снижается высота пика и смещается температура его
максимума в область низких температур. Отжиг при
Т≥1073 K приводит к полному исчезновению пика
внутреннего трения и смещает температуру резкого
подъёма декремента затухания от 400 до 750 К.
4. Определена энергия активации процесса, от-
ветственного за пик внутреннего трения при 200 К.
(Н=0,22 эВ). Высказывается предположение, что
природа пика внутреннего трения имеет тот же ме-
ханизм, что и пики Бордони в ГЦК- и ГПУ-метал-
лах, и может быть связана с тепловой активацией
специфических дислокационных линий, удерживае-
мых в материале высокими напряжениями, создава-
емыми текстурой деформации гафния, при наличии
вакансий и примесных атомов.
5. Показано, что с увеличением температуры ис-
пытаний при монотонном снижении характеристик
прочности происходит немонотонное изменение
пластичности образцов, деформированных прокат-
кой при 1273 К на 80 % и отожженных при 1123 К,
37
что может быть связано со сменой механизмов,
контролирующих пластическую деформацию.
ЛИТЕРАТУРА
1. О.В.Бородин, Е.В.Рудичев. Исследования ми-
кроструктуры экструдированного гафния марки
ГФЭ-1 // Вопросы атомной науки и техники.
Серия “ФРП и РМ"(80). 2001, №4, с.62-64.
2. Д.Г.Малыхин, В.М.Ажажа, К.В.Ковтун. Иссле-
дование текстуры и субструктуры деформации
и рекристаллизации прутков и пластин из гаф-
ния // Труды 15 Международной конференции
по физике радиационных явлений и радиацион-
ному материаловедению. Алушта, Крым, 2002,
с.156.
3. T.S.Ke. Stress Relaxation across Grain Boundaries
in Metals // Phys. Rev. 1947, v.72, №1-6, p.41.
4. В.С.Постников. Внутреннее трение в металлах.
М.:“Металлургия” 1974, 351 с.
5. .И.А.Гиндин, Л.А. Чиркина, В.М.Ажажа, В.С.
Беловол, В.А. Еленский, Г. П.Ковтун, В.С.Око-
вит. Температурная и ориентационная зависи-
мости физико-механических свойств чистых и
особо чистых монокристаллов рения // Туго-
плавкие металлы, Сплавы и соединения с моно-
кристаллической структурой. М.: «Наука»,
1984, с.141-147.
6. Ж.А.Гич, Р.А.Джефери, Б.Смит. Характеристи-
ки деформации монокристаллов рения //
Проблемы современной металлургии. 1960, т.53,
№5, с.139-152.
7. Ван Бюрен. // Дефекты в кристаллах. М.:Из-
д.ИЛ, 1962, 584с.
8. М.Л. Бернштейн, В.А.Займовский.// Структура
и механические свойства металлов. М.: «Метал-
лургия», 1970, 472с.
9. Р.Бернер, Г.Кронмюллер.// Пластическая де-
формация монокристаллов. М.: «Мир», 1969,
272с.
ДИСИПАТИВНІ І МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ГАФНИЮ В ІНТЕРВАЛІ
ТЕМПЕРАТУР 70…950 К
В.С.Оковит, Л.А.Чіркіна, Я.Д.Стародубов, В.І.Соколенко, В.В.Калиновський, К.В.Ковтун, Р.В.Ажажа
Досліджені дисипативні и механічні властивості гафнию марки ГФЭ-1 в температурному інтервалі 70…
950 К в деформованому стані и після відпалів при температурах 673, 873, 1073, 1123, 1373 и 1473 К.
Показано, що для деформованих та відпалених при 673 та 873 К зразків характерна наявність піка
внутрішнього тертя в області 160…250 К и відповідного перегину на температурній залежності модуля
зсуву. Після відпалів при Т≥1073 К низькотемпературний пік внутрішнього тертя зникає і спостерігається
зсув температури різкого підйому декремента загасання від 400 до 750 К. З збільшенням температури
іспитів при монотонному зниженні характеристик міцності відбувається немонотонна зміна пластичності
зразків, деформованих прокаткою при 1273 К на 80 % и відпалених при 1123 К. Обговорюються причини
структурно-чутливих ефектів зміни властивостей гафнію, що спостерігаються.
DISSIPATIVE AND MECHANICAL PROPERTIES OF HAFNIUM
IN TEMPERATURES RANGE 70…950 K
V.S.Okovit, L.A.Chirkina, Ya.D.Starodubov, V.I.Sokolenko, V.V.Kalinovsky, K.V.Kovtun, R.V.Azhazha
Dissipative and mechanical properties of HFE-1 hafnium in a temperature range 70 … 950 K in the deformed
state and after annealing at temperatures 673, 873, 1073, 1123, 1373 and 1473 K are investigated. It was shown, that
for deformed and annealed at 673 and 873 K samples is characteristic the presence of peak of internal friction in the
range 160… 250 K and a corresponding kinks on temperature dependences of a shear modulus. After annealing at
Т≥1073 K the low-temperature peak of internal friction disappears and displacement of temperature of sharp rise of
decrement of attenuation from 400 up to 750 K is observed. When the testing temperature increases there are the
monotonous decrease of strength characteristics and nonmonotonic change of plasticity of the samples deformed by
a rolling at 1273 K on 80 % and annealed at 1123 K take place. The reasons of observed structural-sensitive effects
of properties change of hafnium are discussed.
38
УДК 621.039; 539.67
Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»
В.С.Оковит, Л.А.Чіркіна, Я.Д.Стародубов, В.І.Соколенко, В.В.Калиновський, К.В.Ковтун, Р.В.Ажажа
V.S.Okovit, L.A.Chirkina, Ya.D.Starodubov, V.I.Sokolenko, V.V.Kalinovsky, K.V.Kovtun, R.V.Azhazha
|