Оглавление:
Радиационно-стойкие материалы
- Радиационно-стойкие материалы Материалы, подвергшиеся облучению, претерпевают структурные преобразования, которые приводят к нежелательным изменениям свойств в процессе эксплуатации. Наиболее сильное воздействие оказывает нейтронное облучение. эффект облучения а-частиц, протонов, особенно легких Р-частиц и γ-лучей не таков strong. In в связи с этим материал, работающий в условиях облучения, должен быть радиационно стойким.
Радиационная стойкость-стабильность структуры и свойств в условиях облучения. Структурные изменения, вызванные облучением, оказывают наибольшее влияние на механические свойства и коррозионную стойкость. Влияние облучения на структуру и механические свойства. Облучение приводит к образованию точечных и линейных дефектов в материале,
микропор и других структурных повреждений. Людмила Фирмаль
Во время облучения атомы облучаемого материала перемещаются в интерстициальный участок и образуют вакансии. Плотность точечных дефектов увеличивается. Количество вакансий, образуемых 1 частицей, зависит от ее типа и энергии, а также от свойств облучаемого вещества(таблица 14.12). 1. одна нейтронная частица обладает меньшей энергией, чем частица а и Протон, поэтому структурные повреждения несопоставимы.
Количество вакансий, образующихся в алюминии, больше, чем в бериллии, что определяется высотой энергии межатомной связи последнего. F*, а также температура облучения и рекристаллизации металла. При облучении количество дефектов в металле увеличивается с увеличением общего flux. By по характеру воздействия на механические свойства облучение напоминает холодную пластическую деформацию.
- Когда нейтроны облучаются большими потоками, они не только перемещают атомы материала в зазор, но и возбуждают их, передавая часть своей энергии. При возбуждении усиливаются колебания атомов и их окрестностей на участке решетки, сопровождающиеся локальным повышением температуры в малом объеме Кристалла. Отжиг радиации произведен мимо heating. Jobs и интерстициалы взаимодействуют-Аннигиляция или-нуль уменьшает концентрацию defects. At одновременно происходит процесс образования кластеров вакансий, которые превращаются в дислокационные петли или микропоры с очень большими потоками, что приводит к расширению.
Кроме того, в некоторых материалах при облучении происходит ядерная реакция с выделением газообразных продуктов. Облучение органических материалов приводит к разрушению связей в молекуле и образованию новых молекул с различным химическим составом и свойствами. Облучение при температурах ниже температуры рекристаллизации низкотемпературное облучение влияет на структурные изменения и механические свойства металлов и сплавов, а также на холодную пластическую деформацию.
Материал затвердевает, но теряет свою пластичность. Людмила Фирмаль
Максимальная прочность углеродистой стали при 20°с достигается облучением суммарным потоком нейтронов; 2-Р0. 2; 3-5 Облучение при температурах выше температуры рекристаллизации и высокотемпературное облучение сопровождаются радиационным отжигом, который способствует восстановлению структуры и механических свойств. Перлитная сталь при температуре облучения 250-450°с практически не изменяет своих свойств, а при температурах выше 450°с рекристаллизация происходит идеально, так что свойства практически не меняются.
Аустенитные стали стабильны при температурах выше 600°С. низкие температуры рекристаллизации алюминия и магния радиационно устойчивы при температурах выше 150°С. пластичность НС изменяется, а прочность также увеличивается(рис. 14.19). Полученное упрочнение при низкотемпературном облучении сохраняется даже при нагреве до температуры ниже последующей рекристаллизации temperature. In молибден, упрочнение которого получено облучением (при 20°С<Р = 8-1024 м2), выдерживается при температурах до 300°С, но пластичность ниже.
Восстановление пластичности начинается только при температуре 300°С. полная структура и свойства * Число нейтронов, прошедших через поперечное сечение, М-3. 6Б. б, ша Рис. 14.19.Изменение механических свойств алюминия при 20°С после высокотемпературного нейтронного облучения Они восстанавливаются только при отжиге при 1000°C Влияние температуры нагрева при облучении может быть более сложным, но поскольку процесс диффузии активируется облучением, его сплав претерпевает структурные изменения, например, разложение(старение или отпуск) пересыщенного твердого раствора. Этим объясняется высокая температурная хрупкость аустенитных хромоникелевых сталей.
Пластичность облученной стали восстанавливается при 500-700 куб. см, затем дополнительно Отопление снова уменьшится. Особенно в сплавах вызревания, долгосрочная прочность облучением всегда уменьшена. Это обусловлено активацией диффузионных процессов под воздействием излучения, что вызывает их разрушение при высоких температурах. Уменьшение теплового сопротивления при облучении увеличивается с увеличением потока нейтронов, температуры облучения и температуры испытания(рис.14.20). Расширение обнаружено при высокотемпературном облучении с очень большим потоком нейтронов в некоторых металлах (аустенитные хромоникелевые стали и сплавы, сплавы на основе Ni, Mo, Ti, Zr, Be).
Бериллий облучают при температуре 800-900°с потоком нейтронов<p = / Время до разрушения, мин Рис. 14.20.Долговременное изменение прочности никелевого сплава в течение 100 часов (cf = 3-1024 м-2./ ОБГ = 15°С）： / — Без облучения; Onsp-БОО ^ с); 2-после облучения(11кл = 600°С); 3-после облучения (/«411 = =» 80 куб.） = 1024 м ’ 2, увеличьте объем на 3-5%. При температуре 450 см3 облученный аустенитный продукт при расходе<p — = 1027 м увеличивает объем на 10% (рис.14.21).Максимальное расширение таких грузов наблюдается при рабочей температуре 350-650°С. Из-за расширения изменяется форма и размер детали, а также механические свойства decrease. It усиливается за счет накопления молекул в порах, образующихся при облучении. Рис. 14.21. 12Х18Н10Т влияние облучения при 450°С на относительное увеличение объема аустенитной стали
Водород или водородсодержащий газ с высоким внутренним давлением. Дополнительное легирование хромоникелевых сталей Ti, Mo и Nb уменьшает расширение. Возможно, это результат снижения растворимости и скорости диффузии водорода в таком сложном легированном аустените. Холоднопластическая деформация аустенитной стали уменьшает расширение, по-видимому, по той же причине. Перлит и феррит на основе высокохромистых сталей с низкой растворимостью водорода, как правило, трудно расширяются. Влияние облучения на коррозионную стойкость. Для многих конструкционных материалов, работающих в условиях облучения, коррозионной средой является вода, влажный пар или непей steam. In в такой среде процессы электрохимической коррозии могут сопровождаться химической коррозией.
При облучении стойкость металла при химической коррозии снижается за счет разрушения поверхностной защитной пленки. Облучение, которое вызывает структурные повреждения материала, снижает электрохимический потенциал и ускоряет процесс коррозии damage. In пассивированный металл при облучении разрушает поверхностную защитную пленку. Во время облучения состав электролита изменяется за счет радиолиза. Молекулы воды разрушаются, образуя ионы, кислород, водород, атомы группы он. Кислород окисляет металл, а водород гидрогенизирует металл, поэтому он становится хрупким.
Процесс как окисления, так и гидрирования способствует электрохимическому разрушению металлов. Скорость коррозии и расход алюминия и его сплавов при облучении тепловыми нейтронами За 10 * 6 секунд-м-2, при 190°С он увеличивается в 2-3 раза. Потеря коррозионной стойкости алюминия в таких условиях может быть вызвана увеличением концентрации он -, что приводит к растворению поверхностных защитных оксидов. За счет радиолиза воды снижается коррозионная стойкость циркониевых сплавов. При облучении тепловым нейтроном со скоростью потока 1017 с_ скорость коррозии сплава Зиркола-2 при M2, 20°С увеличивается в 50-70 раз за счет разрушения защитной пленки.
Облучение аустенитной хромоникелевой стали способствует ее corrosion. In влажный пар способствует развитию локальных видов коррозии: между кристаллами, питтинга, коррозионного растрескивания. В облучаемых конструкциях (оболочка урановых стержней, оболочка и трубопровод ядерных реакторов, оболочка синхрофазотрона)в качестве конструкционных материалов со сложностями, требующими термостойкости и коррозионной стойкости, используются высоколегированный перлит, аустенитная сталь и сплавы. Широкое применение сплавов на основе Zr, Bs, Al, Mg в таких структурах объясняется их достаточной жаростойкостью и коррозионной стойкостью, а также способностью слабо поглощать комплекс необходимых теплофизических свойств, в частности нейтроны.
Радиационная стойкость, необходимая для конструкционных материалов, может быть обеспечена соответствующим химическим составом, структурой и оптимальными условиями эксплуатации(рабочая температура, тип и энергия облучаемых частиц, размер облучаемого потока и характеристики коррозионной среды).
Смотрите также:
Материаловедение — решение задач с примерами
