Влияние облучения и термической обработки на фазовые превращения в медно-алюминиевых сплавах (9-32 ат.% Al) Кирюшин Валерий Павлович

Содержание к диссертации

стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.'

(Фазовые и структурные превращения в металлах и
сплавах при радиационном воздействии) 9-28

1. Влияние облучения на диффузионную перестройку структуры сплавов 10

2. Образование неравновесных сегрегации в сплавах при радиационном воздействии 13

3. Изменение термодинамических условий равновесия

фаз в поле радиационных дефектов 19

, > >

1.4. Разупорядочение, растворение выделений

при облучении 22

1.5. Необратимые изменения структуры металлов и
сплавов под действием радиации 25

ГЛАВА П. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА 29

2.1. Технология приготовления образцов медно-
алюминиевых сплавов, условия их облучения

и послерадиационной термической обработки. 29-40

2.2. Методика исследования медно-алюминиевых
сплавов после облучения и отжигов 36

Результаты исследований и их обсуждение

ГЛАВА Ш. ИССЛЕДОВАНИЕ РАДИАЩОННО-ИНД7ЦИР0ВАННЫХ ФАЗОВЫХ
И СТРУКТУРНЫХ СОСТОЯНИЙ В МЕДНО-АЛЮМИНИЕВЫХ
СПЛАВАХ И ИХ ПОВЕДЕНИЯ ПРИ ОТЖИГЕ 41-78

3.1. Исследование фазовых перестроек в медно-
алюминиевых сплавах (9-25 ат.% А6 ) при
нейтронном облучении в зависимости от
состава, флюенса, предварительной деформа
ции , размера зерен 41

стр.

2. Отжиг радиационно-индуцированной <* -фазы. 53

3. Образование разупорядоченных областей в упорядоченном соединении ьіА-9 "^ при облучении нейтронами, альфа-частицами, протонами 57

4. Отжиг разупорядоченных областей в сплаве

Си₉ ДЕц 63

3.5. Фазовые превращения и изменения диаграммы
состояний медь-алюминий при нейтронном облу
чении 68

ГЛАВА ІУ. РАДИАЦИОННАЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ В МЕДНО-

АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВАХ 79

1. Влияние предварительного нейтронного облучения и послерадиационного отжига на структуру двухфазного ( ^ ^2 ) сплава медь-23,4 ат.% алюминия 79-107

2. Изменение кинетики перехода <.-+- Хг -* ^ и субструктуры высокотемпературной ^ -фазы

после предварительного облучения образцов. 87

4.3. Влияние предварительного облучения на струк
туру закалки медно-алюминиевых сплавов и

эффект радиационной наследственности 92

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ІП7

ЛИТЕРАТУРА _Пп

Введение к работе

Актуальность проблемы. Опыт работы атомных реакторов показал, »что в конструкционных материалах, используемых в ядерных установках, при облучении происходят фазовые превращения. Растворение равновесных выделений, образование неравновесных сегрегации, появле -ние новых, ранее неизвестных, фаз под действием ионизирующих излучений наблюдается довольно часто. Это приводит к значительному изменению физических, механических свойств используемых материалов, что почти всегда нежелательно: ухудшается пластичность, коррозионная стойкость, увеличивается скорость радиационного распухания, возникают другие негативные явления. Интерес к исследованиям фазовой стабильности металлов и сплавов под облучением особенно возрос в последнее время,в связи с перспективой создания термоядерных установок.

Выполненные в данном направлении экспериментальные и теоретические работы (по динамическому растворению выделений под облучением, изменению термодинамики сплавов в поле радиационных дефектов, исследованию механизмов образования неравновесных сегрегации и другие) не исчерпьюают всех аспектов проблемы.

Так, из сравнения энергии внесенной облучением (~10 ккал/ /моль, быстрые нейтроны ^aP^f^^J IQr* н/сЛ, с разницей в энергиях Cert о разования отдельных фаз (10 -10 ккал/моль), вполне естественно предположить, что фазовый состав сплавов при облучении можеш измениться и в них могут реализоваться состояния, не соответствующие равновесной диаграмме состояний. Однако планомерных исследований в этом направлении пока нет. Нет также сравнительной оценки предпочтительных фазовых перестроек в сплавах в зависимости от исходной кристаллической структуры, не исследована стабильность многих интерметаллидных фаз при воздействии облучения. Не выяснено влия-

5 ниє на устойчивость фаз в сплавах под облучением таких факторов как энергия их образования, вид межатомной связи, энергия дефектов упаковки. Нет достаточной ясности и в вопросе о роли исходной микроструктуры, морфологии частиц выделений, условий облучения.

Не меньший интерес представляет также такое направление исследований как изучение влияния предварительного облучения металлов и сплавов на послерадиационные фазовые превращения. Таких экспериментов пока нет, хотя результаты некоторых работ показывают, что в металлах под действием радиации могут происходить необратимые, термически устойчивые изменения структуры, которые, в свою очередь, ' влияют на кинетику превращений и свойства вновь обра -зуемых фаз. Эти исследования интересны в том плане, что применение радиации расширяет арсенал средств воздействия с целью задания ма-териалам новых свойств, недостижимых только традиционными термомеханическими методами.

В связи с вышеизложенным становится ясным, что получение данных об изменении диаграмм состояний сплавов при радиационном воз -действии, сравнение стабильности фаз с различной кристаллической структурой, исследование влияния условий облучения, исходной мик -роструктуры, морфологии выделений на фазовоструктурные превращения сплавов, получение данных о влиянии предварительного облучения на фазовые превращения при послерадиационных термических обработках является актуальной задачей как с научной, так и с практической точки зрения.

Диссертация посвящена экспериментальному исследованию фазовых превращений в модельных медно-алюминиевых сплавах при облучении их различными частицами, изучению влияния предварительного реакторного облучения на послерадиационные фазовые превращения в них.

Цель работы состояла в. установлении закономерностей изменения фазового состава и структурного состояния медно-алюминиевых сплавов в зависимости от исходной структуры, предшествующих дефорі-мационной и термической обработок, условий облучения. В определении типа решетки, рентгеновских параметров, температурных,концентрационных, дозовых областей существования радиационно-индуциро-ванных фаз. В исследовании термической устойчивости радиационно-внесенных структурных изменений и в выяснении влияния этих изменений на фазовые превращения при послерадиационных термических обработках.

Методика исследований. Облучение образцов нейтронами проводили в экспериментальном канале активной зоны реактора ВВР-К, протонами (7 МэВ) и альфа-частицами (29 МэВ) на изохронном циклотроне У-І50 № АН Казахской ССР.

Реншгеновским методом определяли фазовый состав сплавов, тонкую структуру фаз, кинетику фазовых превращений, проводились также измерения микротвердости " ;_ и исследования микроструктуры сплавов.

Объект исследований. Поликристаллические образцы медно-алю-миниевых сплавов (9-32 ат.$А1).

Научная новизна. В настоящей диссертации впервые:

1. Установлено, что медно-алюминиевые сплавы меняют свой фазовый состав при реакторном облучении, в них возникают новые состоя ния, придающие сплавам комплекс новых свойств.

2. Показано, что твердый раствор алюминия в меди (& -фаза) распа- , дается на два-с образованием новой "фазы облучения" - с кото рая имеет неупорядоченную ГЦК-решетку с параметром Q =3,670+ +0,002 R .

3. Установлено, что в упорядоченной матрице соединения Си^АЦ при облучении образуются отдельные области его высокотемпературной разупорядоченной модификации. Средние- размеры этих областей зависят от вида излучения.

7 4. Впервые экспериментально обнаружено новое явление, названное "радиационной наследственностью". Оно проявляется в том, что в предварительно облученных, двухфазных медно-алюминиевых сплавах , несмотря на послерадиационный высокотемпературный отжиг (до 0,92 Т_пд ), меняется кинетика фазовых превращений, структура и свойства вновь образованных фаз.

Практическая ценность результатов: Результаты, приведенные в диссертации, могут быть использованы:

При разработке и подборе материалов для атомных и (в будущем) термоядерных реакторов.

В качестве рабочих параметров расчетных моделей, описывающих стабильность фаз под облучением.

При создании технологии радиационной обработки металлов.

Основные положения диссертации, выносимые автором на защиту:

Установленные закономерности изменения равновесной диаграммы состояний медь-алюминий (9-32 ат./Ш) при облучении нейтронами, описание структуры новых радиационно-индуцированных фаз.

Гетерогенный характер разупорядочения соединения Cu_₉ А^_{А П}р_И облучении нейтронами, протонами, альфа-частицами. Результаты прямых определений размеров разупорядоченных областей в зависимости от энергии и вида бомбардирующих частиц.

Закономерности проявлений "радиационной наследственности" в медно-алюминиевых сплавах, влияние предварительного реакторно- . го облучения на кинетику послерадиационных фазовых превращений, характеристики образующихся при этом фаз. Апробация. Результаты, приведенные в диссертации, докладывались и обсуждались на П Всесоюзном совещании по радиационным де -фектам в металлах (июнь 1980г., Алма-Ата), республиканском семинаре - "Влияние облучения на аморфные и другие метастабильные сое -тояния в металлических сплавах" (сентябрь 1982г., Киев), ІУ Всесо-

8 юзной конференции по реакторному материаловедению (октябрь 1982г., Харьков), ХП Совещании по координации научно-исследовательских работ, выполняемых с использованием ядерных реакторов АН СССР, АН союзных республик, Государственного комитета по использованию атомной энергии СССР, других министерств и ведомств (октябрь 1982г., Алма-Ата), на заседании научно-технического Совета СКТБ "Тантал" при Уфимском авиационном институте им. С.Орджоникидзе (5 октября 1981г.), Ш Всесоюзном совещании по радиационным дефектам в металлах (май 1983г., Алма-Ата).

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Объем диссертации составляет ІІ7 страниц, включая ^3Z( рисунка і, *4 таблиц и библиографию из 19 наименований.