СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В МАТЕРИАЛАХ ЯЭУ ПОДГОТОВИЛ СТЕПАНОВИЧ АНТОН

СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В МАТЕРИАЛАХ ЯЭУ ПОДГОТОВИЛ СТЕПАНОВИЧ АНТОН 5 ГРУППА, 5 КУРС ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ 1. В. В. УГЛОВ РАДИАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ 2011 Г. 2. HTTP: //WWW. FEMTO. COM

ПОНЯТИЕ СТРУКТУРНЫХ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ СТРУКТУРНЫЕ ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ - ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ В КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ТВЁРДЫХ ТЕЛАХ, СОСТОЯЩИЕ В ПЕРЕСТРОЙКЕ СТРУКТУРЫ ЭТИХ ТЕЛ ЗА СЧЁТ ИЗМЕНЕНИЯ ВЗАИМНОГО РАСПОЛОЖЕНИЯ ОТДЕЛЬНЫХ АТОМОВ, ИОНОВ ИЛИ ИХ ГРУПП И ПРИВОДЯЩИЕ ОБЫЧНО К ИЗМЕНЕНИЮ ТИПА СИММЕТРИИ КРИСТАЛЛА. СТРУКТУРНЫЕ ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ МОГУТ ПРОИСХОДИТЬ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ОДНОГО ИЛИ НЕСКОЛЬКИХ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТЕМПЕРАТУРЫ Т, ДАВЛЕНИЯ P, КОНЦЕНТРАЦИИ КОМПОНЕНТ (В СЛУЧАЕ СПЛАВА ИЛИ ТВЁРДОГО РАСТВОРА) И ДР. НАИБОЛЕЕ ИЗУЧЕНЫ СТРУКТУРНЫЕ ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ ПО ТЕМПЕРАТУРЕ. КАК ПРАВИЛО, ПРИ ПОНИЖЕНИИ Т ДО ТК ПРОИСХОДЯТ СТРУКТУРНЫЕ ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ ИЗ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ С БОЛЕЕ ВЫСОКОЙ СИММЕТРИЕЙ В КРИСТАЛЛИЧЕСКУЮ СТРУКТУРУ С БОЛЕЕ НИЗКОЙ СИММЕТРИЕЙ. ПРИ ЭТОМ ИСХОДНАЯ И КОНЕЧНАЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИИ (ФАЗЫ) МОГУТ РЕЗКО ОТЛИЧАТЬСЯ ПО СВОЙСТВАМ. СТРУКТУРНЫЕ ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ ОБЫЧНО СОПРОВОЖДАЮТСЯ ИЗМЕНЕНИЕМ СВОЙСТВ ТВЁРДОГО ТЕЛА - УПРУГИХ, ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, МАГНИТНЫХ И Т. П.

АУСТЕНИТНЫЕ СТАЛИ Классификация выделений вторых фаз в аустенитных сталях: - радиационно-индуцированные - радиационно-модифицированные - радиационно-стимулированные

АУСТЕНИТНЫЕ СТАЛИ ВЛИЯНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ НА ПОВЕДЕНИЕ ВЫДЕЛЕНИЙ ПОДРАЗДЕЛЯЕТСЯ НА ДВЕ КАТЕГОРИИ: 1) МОДИФИКАЦИЯ ФАЗ, СУЩЕСТВОВАВШИХ В МАТЕРИАЛЕ ПЕРЕД ОБЛУЧЕНИЕМ (Т. Е. УСКОРЕНИЕ, ЗАМЕДЛЕНИЕ, РАСТВОРЕНИЕ ИЛИ ИЗМЕНЕНИЕ КОМПОЗИЦИИ ВЫ-ДЕЛЕНИЙ, СФОРМИРОВАВШИХСЯ В ПРОЦЕССЕ ПЕРВОНАЧАЛЬНОЙ ТЕРМООБРАБОТКИ ИЛИ ПОСЛЕДУЮЩЕГО ТЕРМИЧЕСКОГО СТАРЕНИЯ); 2) ОБРАЗОВАНИЕ НОВЫХ НЕРАВНОВЕСНЫХ ВЫДЕЛЕНИЙ(Т. Е. РАДИАЦИОННО -ИНДУЦИРОВАННЫХ), ПОЯВЛЕНИЕ КОТОРЫХ В МАТЕРИАЛЕ МОЖНО СВЯЗАТЬ ГЛАВНЫМ ОБРАЗОМ С РИС НА ДИСЛОКАЦИОННЫХ ПЕТЛЯХ, ГРАНИЦАХ ЗЕРЕН, МЕЖФАЗНЫХ ГРАНИЦАХ МАТРИЦА-ВЫДЕЛЕНИЕ.

АУСТЕНИТНЫЕ СТАЛИ Радиационно-индуцированные выделения: G-фаза представляет собой двойной силицид стехиометрического состава А 6 М 12 Х 7, где A = Ti, Cr, Mn; M = Ni, Fe; X = Si, B, C. G-фаза имеет кубическую решетку Fm 3 m, с параметрами от 1, 115 до 1, 145 нм в зависимости от исходного состава. G-фаза является одной из основных фаз, образующихся в процессе облучения данного типа сталей и определяющих их радиационную стабильность. G-фаза формируется в процессе облучения нейтронами в быстром реакторе и при облучении тяжелыми ионами, с небольшими вариациями в химическом составе. Выделения G-фазы являются преобладающей фазой в Ti и Nbмодифицированных аустенитных сталях в процессе нейтронного облучения. В таких сталях G-фаза формируется в широком температурном интервале– 400 -650 °С. Очень важно то, что G-фаза остается стабильной с увеличением дозы. Такие выделения формируются легче в отожженных сталях, чем в холоднообработанных.

АУСТЕНИТНЫЕ СТАЛИ Радиационно-модифицированные выделения: Карбиды МС(Nb. C, Ti. C, VC и т. д. ), скорость формирования которых изменяется в процессе облучения, но композиция которых изменяется незначительно по сравнению с термически образованными выделениями. Эти выделения могут быть крупнозернистыми (первично остались нерастворенными в процессе обработки в растворе) и мелкодисперсными выделениями, содержащими небольшие, но измеряемые количества кремния. Мелкие внутризеренные (вторичные) карбидные выделения являются следствием облучения, так как мелкие внутризеренные выделения не характерны для состаренных, обработанных в растворе аустенитных сталей.

АУСТЕНИТНЫЕ СТАЛИ Радиационно-модифицированные выделения: В стабилизированных аустенитных сталях, обработанных на твердый раствор, эти обычно крупные(до 1 мкм) карбиды (карбонитриды) являются главным образом сфероидальными выделениями, очевидно не растворимыми в процессе термообработки(первичные карбиды). Карбиды МС имеют кубическую структуру типа. B 1 Fm 3 m c четырьмя металлическими атомами в единичной ячейке и параметром решетки a = 0, 443 нм (Nb. C), а= 0, 442 нм (Ti. C), а= 0, 445 нм(VC). Часть атомов углерода в этих карбидах может быть частично замещена атомами азота, кислорода, т. е. в общем виде эти выделения следует классифицировать как MX, где X = [C, О, N], но для унификации изложения эти карбонитриды будем называть МС. Зарождение этих выделений происходит, как правило, на дислокациях или дефектах упаковки.

АУСТЕНИТНЫЕ СТАЛИ η-Фаза(М 6 С) является другим представителем радиационно-ускоренной фазы. Большинство частиц развивается в форму ромбоэдрических дисков, имеющих по отношению к матрице ориентацию куб в кубе или двойникованную ориентацию. Их кристаллография следующая: кубическая, Fd 3 m, E 93, объемное несовпадение с γ-матрицей(0, 1), и это значит, что данная фаза обладает очень когерентной поверхностью раздела с матрицей. Основными особенностями в составе этих фаз при облучении являются увеличение количества кремния и его содержание по сравнению с термическим старением. Важно то, что в процессе нейтронного облучения существенное формирование выделений η-фазы происходит при значительно более низких температуpax (по сравнению с оригинальной сталью) при сравнимых периодах экспозиции.

ФЕРИТНЫЕ СТАЛИ Классификация выделений вторых фаз в ферритомартенситных сталях выражена менее отчетливо по отношению к аустенитным сталям, что связывается с неадекватным поведением хрома. В частности, в температурном интервале 350 -425 °С (ионы Сr 3+, Е= 3 Мэ. В, D=10 сна и выше, сталь ЭП-450) облучение приводит к образованию большого количества мелкодисперсных выделений второй фазы. При температуре облучения 350 °С концентрация их достигает~5· 1017 см-3, а размер – ~ 1, 5 -2 нм. Их наноразмерность максимально затрудняют идентификацию наблюдаемой фазы. С ростом температуры облучения (400 °С) концентрация выделений второй фазы несколько падает (до 1017 см-3), а размер увеличивается (до 5 -10 нм). Выделения гомогенно распределены по ферриту и сорбиту. Большинство выделений обладает муаровым узором, что свидетельствует о когерентности второй фазы. Микрорентгеновский спектр от этих выделений свидетельствует об обогащении их хромом.

ФЕРИТНЫЕ СТАЛИ

ДИСПЕРСИОННО-УПРОЧНЕННЫЕ СТАЛИ Микроструктурная эволюция основных видов дисперсионно упрочненных сталей под облучением приведена на рисунке

Различие в фазовом составе с ростом дозы облучения объясняется инфильтрацией Ni и. Si в фазы MC с некогерентной границей и фазовым переходом MC→G.

Заключение Анализ совокупности существующих экспериментальных и теоретических результатов и литературных источников дает основание считать, что главными факторами, оказывающими влияние на фазовую стабильность в процессе облучения, являются: а) радиационно-ускоренная диффузия(РУД). Этот эффект является первопричиной формирования термических выделений, а также оказывает влияние на радиационную модификацию выделений и коалесценцию выделений под облучением; б) растворение выделений при каскадообразующем облучении. Этот эффект часто является основным дестабилизирующим фактором для вы-делений, существующих в условиях облучения; в) радиационно-индуцированная сергегация атомов(РИС). Этот эффект является причиной образования радиационно-индуцированных и радиационно-модифицированных выделений в аустенитных нержавеющих сталях; проявляется на стоках с «триггерным» формированием вы-делений при превышении локального предела растворимости; г) эффект пересыщения точечными дефектами. Пересыщение концентраций вакансий и межузлий может существовать как в матрице, так и в фазовых выделениях в процессе облучения. Некоторые фазы могут абсорбировать или испускать вакансии пропорционально их объемному несоответствию с окружающей матрицей; однако большинство теоретических исследований предполагает, что этот эффект сравнительно мал.