Белорусский Государственный Университет Физический факультет Кафедра ядерной физики Действие излучений на материалы ядерной техники Ползучесть облученных металлов и сплавов Выполнила студента 5 курса/5 группы Жулего Алина Олеговна г. Минск, 2012
Содержание: Список использованной литературы ……………………………. . 3 § 1 Введение ………………………………………………. 4 1. 1 Определение ………………………………………. 5 1. 2 Основные виды ползучести. . . . 6 1. 3 Стадии процесса ползучести ………………………. . 7 § 2 Понятие радиационной ползучести ………………………… 8 2. 1 Историческая справка ……………………………. . …. 9 2. 2 Радиационная ползучесть ……………………………. . 10 2. 3 Актуальность ……………………………………. …. 11 2. 4 Реализация радиационной ползучести ………………… 12 § 3 Основные закономерности радиационной ползучести ……………. 13 3. 1 Факторы зависимости радиационной ползучести …………. 14 3. 2 Кривые ползучести в нейтронном поле ………………… 15 3. 3 Продолжительность переходной стадии …………………. 16 3. 4 Флюенс нейтронов …………………………………. . 17 3. 5 Флакс нейтронов …………………………………… 18 3. 6 Приложенное напряжение ……………………………. 19 3. 7 Температура ………………………………………. . 20 3. 8 Интересный факт …………………………………. . 21 3. 9 Корреляция ползучести и распухания …………………. . . 22 § 4 Механизмы радиационной ползучести ………………………. 23 4. 1 Группы механизмов радиационной ползучести ……………. 24 4. 2 SIPA ……………………………………………. 25
Список используемой литературы 1. Калин Б. А. – Физическое материаловедение. Том 4. – Москва, 2008 г. 2. Ибрагимов Ш. Ш. – Радиационное повреждение металлов и сплавов. – Энергоатомиздат, Москва, 1985 г. 3. Gary S. Was – Fundamentals of Radiation Materials Science – 2007 y. 4. Келли Б. – Радиационное повреждение твердых тел – Атомиздат, Москва, 1970 г. 5. Интеренет-ресурс – http: //vant. kipt. kharkov. ua/ARTICLE/VANT_2002_3/article_20 02_3_23. pdf 6. Интернет-ресурс – http: //www. naukaspb. ru/spravochniki/Demo%20 Metall/4_26. ht m 7. Интернет-ресурс – http: //agps-2006. narod. ru/ttb/2008 -6/10 -06 -08. ttb. pdf
§ 1 Введение
1. 1 Определение Ползучесть – это деформация металлов и сплавов при длительно действующем постоянном напряжении, не превышающем предела текучести. [2] Жулего А. О. Действие излучений на материалы ядерной техники 5/25
1. 2 Основные виды ползучести Т/Тпл, а по оси ординат – отношение приложенного напряжения сдвига к модулю сдвига T/G. [1] Рис. 1 Диаграмма основных видов ползучести Жулего А. О. Действие излучений на материалы ядерной техники 6/25
1. 3 Стадии процесса ползучести I – неустановившаяся ползучесть (скорость ползучести изменяется со временем), II – установившаяся ползучесть (скорость ползучести постоянна), III – разрушающая (ускоренная, третичная) ползучесть (скорость ползучести резко возрастает, и происходит разрушение материала). [3] Рис. 2 Общий вид кривой ползучести Жулего А. О. Действие излучений на материалы ядерной техники 7/25
§ 2 Понятие радиационной ползучести
2. 1 Историческая справка Влияние облучения на ползучесть впервые изучалось английским физиком Э. Н. Андраде (1887 -1971), который установил закон ползучести металлов. [2], [7] Функциональные зависимости деформации ползучести от времени f 1(t) неустановившейся ползучести: для стадии (1887 -1971) -- закон Андраде где t – время; a 1 , b 1 , k 1 − параметры, являющиеся постоянными свойств материала. Жулего А. О. Действие излучений на материалы ядерной техники 9/25
2. 2 Радиационная ползучесть При облучении появляется компонента радиационной ползучести, и для большинства материалов скорость радиационной ползучести значительно выше, чем скорость термической ползучести. Основную роль радиационная ползучесть играет при температурах ниже ~0, 45 Tпл, а в области температур около 0, 5 Tпл её вклад в деформацию становится сравнимым с термической ползучестью. [2] Жулего А. О. Действие излучений на материалы ядерной техники 10/25
2. 3 Актуальность Конструкционные узлы и детали ядерных реакторов, особенно в активной зоне, находятся в напряженном состоянии; поэтому одной из главных причин изменения их размеров наряду с распуханием является ползучесть, которая значительно усиливается под облучением. Изучение процесса ползучести важно в силу того, что одновременное воздействие распухания и радиационной ползучести может привести в конечном счете к нежелательным эффектам, а следовательно, к нарушению режима работы реактора в процессе его эксплуатации − созданию аварийной ситуации. [1], [6] Жулего А. О. Действие излучений на материалы ядерной техники 11/25
2. 4 Реализация радиационной ползучести В большинстве случаев радиационная ползучесть реализуется в результате стимулированного напряжением движения дислокаций, включающего в себя консервативную и неконсервативную составляющие. Оказалось, что облучение оказывает влияние на ту и на другую составляющие. С одной стороны, кластеры, микропоры и дислокационные петли, образующиеся в процессе облучения, становятся барьерами на пути скользящих дислокаций и тем самым замедляют процесс деформации. С другой стороны, создаваемые в большом числе радиационно-индуцированные точечные дефекты способствуют переползанию краевых дислокаций и ускоряют процесс деформации под напряжением. Последний эффект чаще всего является более существенным, именно поэтому под воздействием облучения скорость ползучести возрастает. [1], [4] Жулего А. О. Действие излучений на материалы ядерной техники 12/25
§ 3 Основные закономерности радиационной ползучести
3. 1 Факторы, определяющие зависимость радиационной ползучести Скорость радиационной ползучести и ее вклад в общую деформацию зависят от многих факторов и, прежде всего, от условий облучения: - плотности потока, - продолжительности облучения, - приложенного напряжения, - температуры и т. п. [1], [2] Жулего А. О. Действие излучений на материалы ядерной техники 14/25
3. 2 Кривые ползучести в нейтронном поле Рис. 3 Кривые ползучести алюминия чистотой 99, 99% при напряжении 17 Мпа и температуре 160 С. 1 - в процессе реакторного облучения (Фн = 1, 38 х10^8 нейтрон/(м^2 с); 2 – без облучения Рис. 4 Кривые внутриреакторной (1) и внереакторной (2) ползучести циркалоя-2. Температура испытания 300 С, напряжение 110, 3 Мпа, плотность потока 2, 4 х10^17 нейтрон/(м^2 с) [1], [2] Жулего А. О. Действие излучений на материалы ядерной техники 15/25
3. 3 Продолжительность переходной стадии Сравнение результатов, полученных на образцах различных материалов, испытанных при различных условиях, показывает, что продолжительность переходной стадии зависит от химического состава и свойств облучаемого материала (в частности, для чистых металлов она значительно короче, чем для их сплавов). Продолжительность переходного периода обратно пропорциональна скорости создания повреждений. [4], [5] Жулего А. О. Действие излучений на материалы ядерной техники 16/25
3. 4 Флюенс нейтронов На установившейся стадии накопление деформации в зависимости от флюенса (или повреждающей дозы) происходит сначала по линейному закону. Однако при более высоких степенях повреждений (флюенсах выше 10^22 нейтрон/см^2) радиационная ползучесть сталей отклоняется от линейной зависимости и может быть описана степенной функцией с показателем степени, превышающим единицу. [1], [2] Рис. 5 Зависимость скорости радиационной ползучести стали на установившейся стадии от флюенса нейтронов Жулего А. О. Действие излучений на материалы ядерной техники 17/25
3. 5 Флакс нейтронов Наиболее сильное влияние на скорость радиационной ползучести на установившейся стадии оказывает флакс нейтронов, причем для большинства металлов и сплавов оказалось, что скорость ползучести с увеличением флакса частиц возрастает линейно. [1], [2] Рис. 6 Зависимость скорости радиационной ползучести алюминия на установившейся стадии от плотности нейтронного потока (σ = 14, 7 МПа) Жулего А. О. Действие излучений на материалы ядерной техники 18/25
3. 6 Приложенное напряжение Зависимость радиационной ползучести от приложенного напряжения при температурах (0, 3– 0, 4) Тпл и умеренных напряжениях в большинстве случаев также близка к линейной (рис. 7). [1], [2] Рис. 7 Зависимость скорости радиационной ползучести для алюминия от приложенного напряжения (φн = 2, 5· 10^11 нейтрон/(см^2·с), Е > 0, 1 Мэ. В) Данные, представленные на рисунке, показывают, что скорость радиационной ползучести образцов алюминия линейно возрастает с увеличением напряжения до величины σ = 19, 6 МПа, однако при дальнейшем повышении напряжения намечается некоторая тенденция к отклонению от линейности в сторону более сильной зависимости. Жулего А. О. Действие излучений на материалы ядерной техники 19/25
3. 7 Температура Деформация и скорость ползучести материалов под облучением в значительной степени зависят от температуры испытания. Это может быть обусловлено изменением подвижности радиационных дефектов и их эволюцией, а также изменением вклада термической ползучести в общую деформацию. На рис. 8 представлены зависимости термической и внутриреакторной ползучести образцов стали SS 316 от обратной температуры. [1], [2] Рис. 8 Температурные зависимости внутриреакторной (сплошные линии) и термической (пунктирные) ползучести стали SS 316 при напряжении 70 МПа и различных уровнях повреждения (а) и при уровне повреждения равном 15 сна и разных напряжениях (б) Жулего А. О. Действие излучений на материалы ядерной техники 20/25
3. 8 Интересный факт Интересным является наблюдаемый эффект, что при температурах ~ 0, 5 Тпл на кривых внутриреакторной деформации аустенитной стали появляется характерный максимум и при дальнейшем повышении температуры степень деформации не возрастает, а уменьшается. Это указывает на наличие в материале другого, отличающегося от ползучести процесса (предположительно процесса распухания). [1] Рис. 9 Температурные зависимости внутриреакторной (сплошные линии) и термической (пунктирные) ползучести образцов холоднодеформированной на 20 % стали SS 316 при степени повреждения 3 сна и различных напряжениях. Жулего А. О. Действие излучений на материалы ядерной техники 21/25
3. 9 Корреляция ползучести и распухания Явления ползучести и распухания близки по своей природе и, проведя ряд экспериментов, была обнаружена связь между ними. [1] Рис. 10 Температурная зависимость распухания (1) и внутриреакторной ползучести (2) сплава А-286 Характер поведения распухания и ползучести в зависимости от температуры качественно одинаков, а именно в области 450 С-600 С как распухание, так и общая ползучесть сплава уменьшаются с ростом температур; при этом чем меньше снижение распухания, тем меньше падение уровня ползучести с температурой. При температурах, где скорость радиационного распухания становится близкой к нулю, участок уменьшения общей ползучести заканчивается и она вновь начинает расти с температурой. Жулего А. О. Действие излучений на материалы ядерной техники 22/25
§ 4 Механизмы радиационной ползучести Жулего А. О. /
4. 1 Группы механизмов радиационной ползучести В настоящее время механизмы радиационной ползучести можно объединить в три группы: 1) модели, основанные на учете анизотропии взаимодействия радиационных точечных дефектов с дислокациями в поле приложенного напряжения; 2) модели, учитывающие появление в процессе облучения дислокационных петель, распределение которых по различным плоскостям также неравномерно из-за влияния приложенного напряжения; 3) модели «переползания – скольжения» , предполагающие, что облучение способствует ускорению процессов диффузионного преодоления дислокациями препятствий, контролирующих скорость ползучести, в то время как деформация ползучести накапливается в основном за счет скольжения. [2], [4], [7] Жулего А. О. Действие излучений на материалы ядерной техники 24/25
4. 2 SIPA Наибольшее распространение получила модель радиационной ползучести за счет преимущественного взаимодействия дислокаций с одним типом точечных дефектов в присутствии внешнего приложенного напряжения, получившая название SIPA (stress induced preferential absorption), или ИНПА (индуцированная напряжением преимущественная абсорбция). Механизм SIPA не учитывает наличие связи между ползучестью и радиационным распуханием, которое наблюдается экспериментально. [2], [4] Жулего А. О. Действие излучений на материалы ядерной техники 25/25
Скачать презентацию Белорусский Государственный Университет Физический факультет Кафедра ядерной физики
Polzuchest(Жулего).pptx