Читать доклад по технологии машиностроения: "Механизмы высокотемпературного радиационного охрупчивания" Страница 1

(Назад) (Cкачать работу)

Механизмы ВТРО

Гипотеза Барнса является одной из первых и наиболее распростра­ненной. Основной причиной ВТРО по этой гипотезе является гелий, образую­щийся в процессе облучения нейтронами,  - частицами и электронами высо­кой энергии. Малорастворимый в металлах гелий при повышенных темпера­турах мигрирует к стокам (границам зерен, выделениям второй фазы, дисло­кациям и пр.) и выделяется на них в виде пузырьков. Плотность образующих­ся гелиевых пузырьков на границе зерен значительно выше, чем внутри зерна. Приложение растягивающих напряжений увеличивает равновесный радиус пузырька, особенно на границах, перпендикулярных направлению напряжения. По достижении некоторого критического напряжения пузырек становится нестабильным и начинает расти с определенной скоростью, зависящей от тем­пературы. Рост и слияние пузырьков на границах, перпендикулярных прило­женному напряжению, уменьшают прочность и способствуют хрупкому разрущению. Теория Барнса не отвечает на многие вопросы ВТРО: не рассматри­вается механизм образования зародышей пузырьков; необъяснимо отсутствие ВТРО в мелкозернистой стали, имеющей на границе зерен пузырьки гелия, и протекание ВТРО в крупнозернистой стали, не имеющей пузырьков гелия на границе, и тд. Динамический механизм образования зародышей зернограничных пор

можно рассматривать как дальнейшее развитие гипотезы Барнса, но уже с учетом процессов, происходящих в материале при высокотемпературной деформации в присутствии гелия.

Предполагается, что в процессе внутризеренного скольжения на границе зерна образу­ется ступенька (рис. 1), которая при после­дующем межзеренном проскальзывании может привести к образованию поры. Если приложенные напряжения  достаточно велики,

Где  - энергия поверхностного натяжения и r-радиус поры, то пора будет стабильной и может расти, тогда как при меньших  она рассосется. Гелий, попадая в пору из твердого раствора, ста­билизирует ее за счет внутреннего давления: При насыщении поры гелием она может стать равновесной при напряжении =0.76/r,

т.е. почти втрое меньшем, чем в случае пустой поры. Поступление гелия в пору и стабилизация поры (рис. 1) энергетически выгодны, так как энергия системы Не (в твердом растворе) + пора выше, чем энергия системы твердый раствор + пора с гелием внутри. При испытаниях на растяжение рост заполненных гелием пор начнется при значительно меньших напряжениях, а значит, и деформациях, чем в отсутствии гелия. Рост пор в некотором сечении вызовет его уменьшение, а следовательно,

увеличение напряжения в нем и интенсификацию межзеренного проскальзывания в этом сечении: где — скорость межзеренного проскальзывания; А и В - постоян­ные.

Увеличение  в свою очередь, интенсифицирует зарождение пор, рост которых еще больше ослабляет сечение. Процесс может, как видно, развиваться автокаталитически с локализацией межзеренного проскальзыва­ния и образованием характерной ступеньки на боковой поверхности образца, массовым ростом пор и объединением их в трещину.

Для реализации данного механизма разрушения необходимы факторы:

1) внутризеренное скольжение; 2) межзеренное проскальзывание; 3) эффек­тивная диффузия гелия; 4) эффективная самодиффузия; 5) определенный уровень напряжений.

Похожие работы