WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

ЗВЯГИН ВЛАДИМИР БОРИСОВИЧ

СТРУКТУРНО-ФИЗИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАДИАЦИОННОГО РАСПУХАНИЯ И ВАКАНСИОННОГО ПОРООБРАЗОВАНИЯ В КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ АТОМНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Специальность: 05.02.01- Материаловедение (машиностроение)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Санкт-Петербург

2009

Работа выполнена на кафедре материаловедения и технологии материалов и покрытий Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Северо-Западный государственный заочный технический университет" (ГОУВПО  "СЗТУ")

       

       

Научный консультант: 

заслуженный деятель науки и техники РФ, академик АИН РФ, доктор технических наук, профессор Паршин Анатолий Максимович

Официальные оппоненты:

заслуженный деятель науки и техники РФ, заслуженный работник высшей школы, доктор физико-математических наук, профессор Калин  Борис Александрович 

 

доктор технических наук, профессор Рыбников Александр Иванович

доктор технических наук Фабрициев Сергей Анатольевич

Ведущая организация:

институт проблем машиноведения Российской академии наук

                       

       

Защита состоится "____" декабря 2009 г. в ____ часов на заседании диссертационного совета Д 212.229.19 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" (ГОУВПО "СПбГПУ") по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, лабораторно-аудиторный корпус, кафедра машин и технологии обработки металлов давлением.

С диссертационной работой  можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУВПО "СПбГПУ".

Автореферат разослан  "____" ноября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,                                                        

доктор технических наук,         

профессор В.Н. Востров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТы



Актуальность темы исследования. Основополагающим фактором, определяющим уровень развития материального производства, является состояние энергетики. Проблемы энергетики особенно обострились сейчас в условиях глобального финансово-экономического кризиса. Но именно энергетика может и должна сыграть ключевую роль в преодолении кризиса и дальнейшем развитии мировой экономики.

После многовекового использования различного рода ископаемого топлива: каменного угля, нефти и нефтепродуктов, человечество уже ищет новые, более оптимальные источники энергии. Такие источники, как солнце, ветер и вода уже давно изучаются в качестве альтернативы ископаемому топливу и даже частично эксплуатируются. Между тем, ядерная энергетика больше чем другие виды энергетики привлекает к себе внимание всех государств. Ныне, около 20% электроэнергии в мире вырабатывается на атомных энергетических станциях (АЭС). Из общего числа АЭС в мире, 204 находятся в Европе, в том числе в России - 10, 122 в США и Канаде, 108 в Азии, и лишь две в Африке.

Развитие атомной энергетики в России определено Концепцией федеральной целевой программы "Развитие атомного энергопромышленного комплекса России на 2007-2010 годы и на перспективу до 2015 года" утвержденной Постановлением Правительства Российской Федерации от 6 октября 2006 года № 605.

В настоящее время на 10 атомных станциях России эксплуатируется 31 энергоблок установленной мощностью 23242 МВт, из них 15 реакторов с водой под давлением (9 ВВЭР-1000, 6 - ВВЭР-440), 15 канальных кипящих реакторов (11 РБМК-1000 и 4 ЭГП-6), 1 реактор на быстрых нейтронах. Доля выработки электроэнергии атомными станциями в России -16%.

К числу требований, предъявляемых к конструкционным материалам АЭУ, относится необходимость сохранения в процессе длительной эксплуатации высокого уровня механических и физических свойств основных узлов ядерных и термоядерных энергетических установок.

Создание новых конструкционных материалов или оценка их пригодности к специфическим условиям эксп­луатации являются весьма сложными научны­ми и инженерными задачами.

Особую сложность представляют разработка или выбор конструкционных материалов для узлов активной зоны (оболочек твэлов, чехлов технологических каналов и др.) реакторов на быстрых нейтронах, так как флюенс нейтронов на эти материалы составля­ет до 3⋅1023 нейтр/см2 при рабочих температурах 300-700 °С. В таких температурно-временных условиях радиационное распу­хание аустенитных хромоникелевых коррозионностойких сталей и сплавов, являющихся основными конструкционными материа­лами активных зон атомных энергетических установок, может до­стигать 10-30%.

В еще более сложных условиях будут работать конструкционные материалы основных узлов термоядер­ных энергетических установок. Если даже не рассматривать взаи­модействие плазмы с поверхностью материала первой стенки, то и тогда остается проблемой предотвращение в нем опасных объем­ных изменений, снижения механических, физических и других свойств.

Практический интерес к явлению радиационного распухания обусловлен опасностью последствий радиационного распухания конструкционных материалов активной зоны быстрых реакторов и материалов первой стенки термоядерных реакторов: во-первых, может уменьшиться проходное сечение каналов с теплоносителем, что изменит тепловой режим работы реактора; во-вторых, может произойти заклинивание пакетов с твэлами с вытекающими отсюда серьезными последствиями; в-третьих, развитие пористости может значительно ухудшить механические и физические свойства конструкционных материалов и ускорить процесс разгерметизации оболочек твэлов. Таким образом, радиационное распухание и другие отмечен­ные неблагоприятные последствия нейтронного облучения мо­гут стать определяющими в создании работоспособных и эконо­мичных быстрых реакторов и перспективных термоядерных энер­гетических установок.

Достигнутые к настоящему времени успехи в изучении явлений вакансионного порообразования и радиационного распухания связаны с работой научных коллективов, возглавлявшихся А.Д. Амаевым,  Г.Г. Бондаренко,  С.Н. Вотиновым, И.В. Горыниным, В.Ф. Зеленским,  Б.А. Калиным, Ю.В. Конобеевым, И.С. Лупаковым, И.М. Неклюдовым, А.М. Паршиным, П.А. Платоновым, В.В. Рыбиным, В.В. Сагарадзе, В.К. Шамардиным, В.А. Цыкановым и другими советскими, российскими и зарубежными учеными.

Выявление природы и механизма зарождения вакансионных пор, а также способов ослабления или подавле­ния радиационного распухания является важнейшей проблемой, имеющей не только теоретическое, но и прикладное значение при изучении прочности конструкционных материалов.

Связь работы с научными программами. Работа выполнена на кафедре Материаловедения и технологии материалов и покрытий  ГОУВПО " Северо-Западный государственный заочный технический университет". 

Диссертационное  исследование  Звягина В.Б.  выполнялось  в рамках прикладных госбюджетных НИР: Г-7-5.1-91 "Повышение физико-механических свойств и эксплуатационных характеристик металлических материалов" (1991-1995г.г.), Г-7-23-96 "Повышение физико-механических свойств и эксплуатационных характеристик металлических материалов" (1996-2000г.г.), Г-7-3-2001 "Повышение физико-механических свойств и эксплуатационных характеристик материалов различного назначения" (2001-2005г.г.), Г-7-01-06 "Комплексное исследование материалов различного назначения с целью оптимизации их физико-механических и служебных свойств" (2006-2011 г.г.).

Цель и основные задачи исследования. Целью работы являлось установление закономерностей и физических механизмов влияния параметров облучения, испытания, исходной структуры материала и ее эволюции под действием облучения на эффекты радиационного распухания и вакансионного порообразования применяемых и перспективных материалов водо-водяных энергетических реакторов транспортных и стационарных АЭУ.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Обобщить исследования по проблеме деградации гарантированных свойств металла в конструкции атомных энергетических установок. Определить основные факторы, обуславливающие деградацию свойств металла и установить связь со структурными превращениями в конструкционных материалах в процессе производства и эксплуатации изделий.

2. Определить влияние нейтронного облучения и особенности, при этом,  распада твердых растворов на служебные характеристики конструкционных материалов.

3. Установить закономерности изменения механических свойств сталей и сплавов с особенностями легирования и старения в широком интервале температур.

4. Обобщить и проанализировать широкий комплекс исследований по проблеме радиационного распухания конструкционных материалов. Определить основные пути подавления или ослабления радиационного распухания.

5. Исследовать влияние структурно-фазовых превращений на процессы вакансионного порообразования и радиационного распухания в распадающихся пересыщенных твердых растворах сталей и сплавов с твердорастворным упрочнением и дисперсионно-твердеющих.

6. Исследовать физические механизмы влияния микролегирования редкоземельными элементами на склонность облученных материалов к радиационному распуханию.

Объектом исследования является радиационная повреждаемость конструкционные материалов атомных энергетических установок.

Предметом исследования являются закономерности и физические механизмы вакансионного порообразования и  радиационного распухания, применяемых и перспективных материалов водо-водяных энергетических реакторов транспортных и стационарных АЭУ, устанавливающие взаимосвязи между параметрами облучения, дефектной структурой и структурными превращениями на различных стадиях распада в облученных материалах.

Базовыми методологическими научными работами диссертационного исследования являются труды отечественных и зарубежных ученых и специалистов по исследуемой проблеме, материалы научно-практических конференций и семинаров, материалы, полученные непосредственно в процессе исследований, на предприятиях и организациях.

Избранные методы исследований  базируются на методиках, имеющихся в настоящий момент в радиационном материаловедении, а также широком применении современных методов исследования сталей и сплавов: стандартных механических испытаний, металлографического анализа, электронно-микроскопического анализа, микродифракционного анализа, физико-химического анализа, физических методов исследования и испытаний материалов,  математической статистики,  теории оптимизации и планирования эксперимента, физического и математического моделирования и согласуются с известным опытом создания и совершенствования сталей и сплавов.

Достоверность и обоснованность основных положений и выводов диссертационной работы обеспечивается тщательной обработкой и обобщением большого объема экспериментальных данных по изучаемой проблеме.

Основные положения, выносимые на защиту:

- закономерности изменения механических свойств сталей и сплавов с особенностями легирования и старения в широком интервале температур;

- закономерности структурных превращений, протекающих  в сталях и сплавах на различных стадиях распада твердых растворов, усиливаемых радиационным воздействием; 

- определяющее влияние несоответствий, возникающих при распаде пересыщенных (метастабильных) твердых растворов, а также ин­тенсивность распада твердых растворов на повышение способности твердых тел к рекомбинации разноименных точечных радиаци­онных дефектов;

- физические механизмы влияния микролегирования бором и редкоземельными элементами (иттрий, скандий и др.) на склонность облученных материалов к радиационному распуханию;

- установленные температурные зависимости радиационного распу­хания и вакансионного порообразования в аустенитных сталях типа X15Н15;

- разработанный ряд аустенитных сталей с высокой сопротивляемостью радиационному распуханию;

- явление аномальной рекомбина­ции разноименных радиационных дефектов, влия­ние на него различных факторов и теоретическая оценка величины эф­фекта снижения распухания в условиях аномальной рекомбинации на примере простой модели распадающегося твердого раствора.

Научная значимость полученных результатов:

- впервые установлено, что повышение прочностных свойств (в, 0,2), сниже­ние пластичности (δ ,Ψ) и увеличение твердости в процессе длительного старения сталей типа 04X15Н15М3Т2Ч и подобных композиций происхо­дит задолго до появления обособленных вторичных интерметаллидных фаз, т. е. изменение механических свойств обусловлено процессами, протекающими на ранних стадиях распада твердого раствора  от за­рождения сегрегатов, до потери когерентности вторичной фазы. Это сви­детельствует о важной роли процессов предвыделения вторичных фаз в изменении комплекса механических и физических свойств;

- автором установлены температурные зависимости радиационного распу­хания и вакансионного порообразования в аустенитных сталях типа X15Н15;

- проведенными исследованиями отвергается установившееся мне­ние, что аустенитным хромоникелевым сталям и сплавам (ГЦК-структура), в отличие от сталей и сплавов с ОЦК - и ГПУ - структурами, свой­ственна высокая склонность к радиационному распуханию и вакансион­ному порообразованию;

- впервые показано, что при введении в хромоникелевые аустенитные стали с умеренным содержанием никеля (стали типа 12-23, 15-20, 15-15) 1,6-3,0 % титана, и особенно при одновременном микролегиро­вании их иттрием и цирконием, создаются условия значительного ос­лабления или даже подавления радиационного распухания и вакансионного порообразования;

- впервые показано, что с увеличением содержания титана в аустенитных хромоникелевых сталях и обеспечения при этом развитых процессов предвыделения интерметаллидных фаз типа Ni3Ti с высокой плотнос­тью их зарождения, достигается как максимум твердения (и упрочнения), так и наибольшая сопротивляемость стали к радиационному рас­пуханию и вакансионному порообразованию. В таком случае интен­сивность дисперсионного твердения является показателем принуди­тельной рекомбинации точечных радиационных дефектов и мерой ос­лабления радиационного распухания и вакансионного порообразования сплавов;

- сформулированы общие черты явления аномальной рекомбина­ции разноименных радиационных дефектов, влия­ния на него различных факторов и дана теоретическая оценка величины эф­фекта снижения распухания в условиях аномальной рекомбинации на примере простой модели распадающегося твердого раствора.

Научная значимость результатов исследований по теме диссертации определяется тем, чем они развивают научные представления о вакансионном порообразовании и радиационном распухании, раскрывают сущность механизмов и закономерностей их протекания, способствуют развитию науки и служат базой для дальнейших исследований в области радиационной повреждаемости конструкционных материалов.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования фундаментальных связей состава и строения материалов на разных уровнях (макро, микро, нано, атомном) с комплексом физико-механических эксплуатационных свойств с целью обеспечения надежности и долговечности материалов и изделий и установление закономерностей физико-химических и физико-механических процессов, происходящих на границах раздела в гетерогенных структурах открывают новые возможности поиска и разработки принципов легирования сталей и сплавов.

Результаты научно-исследовательской работы "Установление явления ослабления ионного распыления в распадающихся твердых растворах" решением Научного совета по проблеме "Радиационная физика твердого тела"от 26 декабря 1986 г. признаны важнейшим достижением за 1986 г. в области радиационной физики твердого тела и зарегистрированы в отделении общей физики и астрономии АН СССР.

Установленное явление аномальной рекомбина­ции разноименных радиационных дефектов - благодаря формированию не­однородных упругих полей, которые экранируют дислокации и обеспечивают встречу, а затем и рекомбинацию межузельных атомов с вакансиями, указывает на возмож­ность целенаправленного создания радиационностойких конструкционных материалов и управления процессами радиационного дефектообразования в конструкциях атомных энергетических установок.

  Практическая значимость. Полученные результаты важны для понима­ния физических процессов, протекающих в металлах и сплавах под облуче­нием и возможных причин деградации физико-механических свойств мате­риалов изделий активных зон реакторов на быстрых нейтронах и внутри­корпусных устройств реакторов на тепловых нейтронах.

Даны рекомендации по возможности применения в качестве перспективных конструкционных материалов для оболочек тепловыделяющих элементов транспортных и стационарных атомных энергетических установок высоконикелевых сплавов типа 03Х20Н45М4БЧ, 03Х20Н45М4БРЦ и экономнолегированной никелем стали 04X15H15M3T2Ч на основании оценки их сопротивляемости низкотемпературному радиационному охрупчиванию, радиационному распуханию, радиационной ползучести, коррозионным повреждениям в сравнении со сталью 03Х16Н15М3Б.

Кроме того, использование материалов исследования в учебном процессе позволяет готовить специалистов с высшим образованием в соответствии  с современными представлениями о физической сущности явлений, происходящих в материалах в условиях производства и эксплуатации. Эти знания позволят им целенаправленно выбирать конструкционные материалы и использовать их на практике.

Основные положения диссертационного исследования опубликованы в научных работах соискателя и обсуждены на 10 научно-практических конференциях и семинарах. В этих работах отражены основные идеи и принципы диссертационного исследования.

Апробация работы. Материалы работы доложены на: Всесоюзном постоянном семинаре "Радиационная повреждаемость и работоспособность конструкционных материалов" в г. Пскове, 1984, 1986, 1993 г.г., пос. Полярные Зори 1988 г., г. Белгороде, 1995 г.;  Научно-технических семинарах кафедры "Металловедение" Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, 1984-2000 г.г.;  Объединенной сессии постоянных семинаров по общей проблеме "Роль дефектов в физико-механических свойствах твердых тел" г. Барнаул,1985 г.; Всесоюзном совещании "Радиационные дефекты в металлах и сплавах", г. Алма-Ата, июнь, декабрь 1986 г.; Научно-технических семинарах  при Ленинградском доме научно-технической пропаганды (ЛДНТП), 1987, 1989, 1990 г.г.; I Всесоюзной конференции "Радиационное воздействие на материалы термоядерных реакторов", г. Ленинград, сентябрь 1990 г.; Международной конференции, г. Харьков, 1990 г; IV Всесоюзном семинаре "Радиационная повреждаемость и работоспособность конструкционных материалов", г. Петрозаводск, октябрь 1990 г.; Научной конференции, г. Санкт-Петербург, апрель 2003 г.; XIV Международном совещании "Радиационная физика твердого тела», г. Севастополь, июнь 2004 г.; Юбилейной научно-технической конференции СЗТУ, г. Санкт-Петербург, 2006 г.; V Международной практической конференции "Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности", г. Санкт-Петербург, октябрь 2007 г.; III Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов, молодых ученых и преподавателей "Актуальные проблемы управления техническими, информационными, социально-экономическими и транспортными системами", г. Санкт-Петербург, ноябрь 2008 г.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 41 печатной работе, в том числе в 5 статьях в научно-технических изданиях, рекомендованных ВАК и 6 авторских свидетельствах СССР.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7  глав, основных выводов и списка литературных источников. Общий объем диссертации - 292 страницы, включая 10 таблиц, 62 рисунка и список литературных источников из 218 наименований.

Основное Содержание работы

Во введении описано состояние проблемы, обоснована ее актуальность, определены цели и задачи работы, изложена научная новизна полученных результатов, их практическая и научная значимость, представлены основные положения, выносимые на защиту, указан объем и структура диссертации. 

   В первой главе "Структурно-физические и конструкторско-технологические аспекты выбора сплавов, их работоспособность и повреждаемость в конструкции атомных энергетических установок" показано, что, несмотря на увеличение объе­ма экспериментов, принятый комплекс исследований недостаточно пол­но оценивает сопротивляемость изделий разрушению в процессе их эксплуатации.

О пригодности конструкционных материалов к конкретным услови­ям работы различного оборудования и машин судят по комплексу свойств, полученных при исследовании образцов, а теперь уже и по результатам дополнительного проведения полунатурных и натур­ных испытаний. Пригодность сталей и сплавов для работы в составе тепловых энергетических установок оценивается по комплек­су характеристик, полученных при исследовании ползучести, дли­тельной прочности и пластичности, а также релаксации напряжений в интервале возможных рабочих температур, коррозионной стой­кости и жаростойкости в рабочих средах, усталости в условиях цикли­ческих нагрузок, теплосмен и контакта с рабочими средами.





Для оценки работоспособности конструкционных материалов основных узлов активной зоны атомных реакторов и конструкций первой стенки и бланкета термоядерных установок требуется еще больший объем эксперимента и проведения стендовых испытаний.

Это обуслов­лено не только тем, что нейтронное облучение ускоряет процессы пол­зучести, усиливает временную зависимость длительной прочности, резко снижает кратковременную и длительную пластичность в широ­ком интервале температур, повышает критическую температуру вязко-хрупкого перехода, снижает коррозионную стойкость, вызывает распухание и вакансионное порообразование, но и тем, что в результа­те протекания (n, α)- и (n, р) - реакций возникают трансмутантные элементы (например, газообразные и легкоплавкие примеси), способ­ствующие проявлению гелиевого и водородного охрупчивания, газово­го распухания и др.

Исследования разрушенных изделий показывают, что в тепловой и ядерной энергетике большинство повреждений не сопровождалось пластической деформацией.

В ряде случаев на работоспособности конструкций и машин весьма отрицательно сказываются отступления от технологических процессов в производстве полуфабрикатов при металлургическом переделе, в про­цессе сварки, при гибке и раздаче труб и других операциях.

Отечественный и зарубежный опыт эксплуатации показывает, что наличие преждевременных разрушений в значительной мере нужно связывать с тем, что уже в процессе конструирования и изготовления произошла "деградация" гарантированных свойств металла в конст­рукции.

Весьма существенно сказывается на работоспособности изделий и отступление от расчетных условий эксплуатации (перегревы металла, нарушение водного режима и т. д.). Таким образом, в ре­альных условиях эксплуатации сопротивляемость разрушению узлов и конструкций может резко понижаться, несмотря на "оптимальные" запасы прочности, принятые при конструировании.

Следует указать на то, что иногда допускаются и просчеты в выборе конструкционного материала для конкретных условий эксплуатации. В таком случае работоспособность конкретного материала в конструкции и его долго­вечность будут определяться не только его механическими свойствами, заложенными в расчете, но и особенностями конструкции, качеством изготовления и надлежащими условиями эксплуатации.

Рассмотрено  влияние на работоспособность конструкционных материалов таких важных структурно-физических факторов, как равномерность распада твердых растворов и объемная дилатация на границе раздела "формирующаяся вторичная фаза - матрица".

Равномерность распада твердого раствора приводит к созданию в матрице относительно правильного чередования частиц карбидов или интерметаллидов, т. е. к образованию типа макрорешетки из этих фаз. При таком распаде, в отличие от неоднородного, избирательного, твер­дый раствор в процессе температурно-временных циклов под нагруз­кой (жаропрочные материалы, теплостойкость инструмента и т. д.) все время остается относительно изотропным и обеспечивает возможность равномерности протекания пластической деформации.

Одновременно с этим обеднение твердого раствора легирующими элементами (разупрочнение его) облегчает работу границ зерен в условиях ползучести, так как появляется возможность реализации течения внутри них. Это замедляет развитие межзеренных повреждений во времени и обес­печивает более высокую остаточную пластичность при разрушении.

Равномерность распределения первичных фаз и высокая однород­ность и плотность зарождения вторичных карбидных, интерметаллидных и других фаз являются необходимым, но не единственным ус­ловием, обеспечивающим ослабление повреждаемости конструкцион­ных материалов.

Выполнение требований по обоснованному вы­бору конструкционных материалов, оптимальному проектированию и конструированию, строгому соблюдению технологических процес­сов изготовления полуфабрикатов и изделий из них и соблюдение регламента эксплуатации приведет к тому, что явление "деградации свойств металла в конструкции" потеряет свой смысл.

  Во второй главе "Радиационная повреждаемость конструкционных материалов и структурно-принудительная рекомбинация" рассмотрены обобщенные литературные данные по радиационному воздействию на конструкционные материалы потока быстрых нейтронов.

В процессе разработки материалов для реакторов деления, работающих на тепловых нейтронах при умеренных температу­рах, и оценки их работоспособности учитывали опыт создания корпусных сталей. Основное внимание при этом уделяли вопро­сам вязкости и пластичности сталей и температурным условиям их вязко-хрупкого перехода.

При рекомендации материалов для реакторов, работающих на быстрых нейтронах при высоких тем­пературах, исходят преимущественно из опыта создания сталей и сплавов для авиационных двигателей и энергетических уста­новок тепловых электростанций. Такой подход в основном ока­зался правильным, хотя имелись и просчеты. В меньшей мере они обнаружились в тепловых реакторах.

Интенсивность потока быстрых нейтронов в реакторах - размножителях может достигать 1⋅1016 нейтр/(см2·с), что примерно на три порядка выше, чем в тепловых реакторах. Высокие значения нейтронных потоков и флюенса в быст­рых реакторах создают для реакторного материаловедения новые, чрезвычайно сложные про­блемы - высокотемпературное охрупчивание, радиационное рас­пухание, радиационную ползучесть и др.

Несмотря на то, что при разработке термоядерных реакторов может быть широко использован опыт работы с ядерными реак­торами, проблема выбора материалов стоит еще более остро. Это обусловлено, прежде всего, особенно­стями процесса передачи энергии ядерных реакций.

Отмеченные особенности позволяют конструктору реактора деления ори­ентироваться в подборе материалов соответственно их назначению. В реакциях же термоядерного синтеза около 80 % энергии уносится высокоэнергетическими (~14,1 МэВ) ней­тронами. Поэтому объемные повреждения материалов при том же интегральном потоке нейтронов будут более значительными. Кроме того, под действием нейтронов с энергией 14,1 МэВ в материалах будут возникать "энергичные" первично выбитые атомы, а, следовательно, будут появляться большие количества смещенных атомов, и возникать большие повреждения, чем в реакторах на быстрых нейтронах. Сечения (п, α)- и (п, p)-реак­ций для нейтронов таких энергий существенно больше, чем для нейтронов реакторного спектра энергии. Образующиеся при этих реакциях гелий и водород будут усугублять вредное влия­ние нейтронного облучения на материалы.

Значительная часть энергии реакции синтеза (~20 %) выделя­ется α-частицами (энергия частиц ~3,5 МэВ), ионами изотопов водорода, атомами и молекулами этих газов, а также электромагнитным излучением различной энергии в обращенных к плазме поверхностных слоях первой стенки реактора. Это приводит к ин­тенсивной эрозии поверхности, называемой "шелушением", обус­ловленной образованием и разрушением приповерхностных газо­вых пузырей, а также катодным распылением, протеканием хи­мических реакций и т. п.

Конструкционные материалы основных узлов реакторов на быстрых нейтронах и термоядер­ных реакторов работают в весьма сложных условиях. Измене­ние физико-механических и других свойств конструкционных материалов в процессе облучения в значительной мере опреде­ляется характером взаимодействия дислокационной структуры со сложными комплексами радиационных дефектов. Процессы образования и коалесценции радиационных дефектов, а также процессы их анниги­ляции значительно зависят не только от условий облучения, но и от структурного состояния материала на различных этапах распада твердого раствора при температурно-временных и температурно-деформационных циклах. Поэтому для выявления общих закономерностей изменения физико-механических свойств, для прогнозирования поведения материалов в составе конструкций ядерных энергетических установок и разработки способов ослабления радиационной повреждаемости необходимо, прежде всего, глубокое изучение процессов возникновения и эволюции дефектной структуры кристаллических тел при облу­чении с учетом особенностей легирования и распада твердых растворов. 

Бомбардирующие нейтроны (или ионы) достаточно высокой энергии создают в металле вакансии и межузельные атомы в одинаковом количестве. Будучи термически подвижными, при определенных температурах оба точечных дефекта мигрируют в металле, поги­бая в результате взаимной рекомбинации, а также на различных его стоках. При этом одновременный рост вакансионных пор и дислокационных петель из межузельных атомов возможен лишь при условии существования механизма разделения этих дефектов.

Основной причиной разделения дефектов является асимметрия по­глощения точечных дефектов дислокациями. Дальнодействующее упругое поле вокруг дислокаций взаимодействует с межузельными атомами сильнее, чем с вакансиями. Вследствие этого в облу­ченном металле диффузионный поток межузельных атомов на дислокации и петли больше, чем поток вакансий, что ведет к по­явлению избыточного потока вакансий на поры.

Наличие атомов гелия, возникающих в процессе ядерных реакций при облучении, также стимулирует процесс образова­ния пор, поскольку атомы гелия являются эффективными ло­вушками вакансий и сильно конкурируют с другими их стоками. Наблюдаемое снижение концентрации пор с повышением температуры облучения объясняется в теории гомогенного зарожде­ния так: с повышением температуры увеличиваются подвижность точечных дефектов и их равновесные концентрации, вследствие чего снижается пересыщение металла вакансиями и межузельными атомами.

При бомбардировке вещества заряженными ионами (оскол­ками деления), в отличие от более легких частиц (нейтронов), могут возникать следы - треки. Кроме пар Френкеля, они могут создавать сильно локализованные зоны смещения или тепловые пики, в окрест­ностях которых увеличивается степень разупорядочения в рас­положении атомов, и образуются значительно большие концент­рации повреждений по сравнению с обычным их возникновени­ем в результате смещения атомов.

Второй эффект, т. е. ядерные реакции, начинает проявляться в изменении свойств конструкционных материалов при облуче­нии флюенсом нейтронов уже выше ~1018 нейтр/см2. Главную роль при этом играют ядерные реакции типа (п, α), (п, р) и дру­гие, в результате которых образуются газовые примесные атомы, не только вызывающие отрицательное изменение свойств, но и заметно влияющие на формирование радиационных дефектов. Особенно неблагоприятно воздействие примесного гелия.

С увеличением энергии бомбардирующих частиц ядерные реакции интенсифицируются. Поэтому в реакторах на быстрых нейтронах и в термоядерных установках возрастает роль транс­мутантов и общего изменения химического состава материалов в формировании радиационного повреждения.

Проведенные исследования показывают, что упрочнение аустенитных хромоникелевых дисперсионно-упрочняемых сталей и сплавов при теп­ловом воздействии в отсутствие облучения происходит задолго до появления обособленных фаз типа Ni3Ti, т. е. изменение ме­ханических свойств определяется структурными превращениями на ранних стадиях формирования избыточной фазы, протекаю­щих в инкубационном периоде распада. В условиях нейтронного облучения уско­ряются зарождение и обособление избыточных вторичных фаз. В связи с этим процессы образования и развития радиационных дефектов в значительной мере определяются и структурным со­стоянием материала на различных этапах распада твердого ра­створа.

Деформационные поля, обусловленные объемной дилатацией на границе раздела "предвыделение вторичной фазы - матрица", порождая напряжения растяжения или сжатия, определяюще влияют не только на процессы миграции точечных де­фектов и легирующих (примесных) элементов, но и на анниги­ляцию путем рекомбинации разноименных радиационных де­фектов, уменьшая "время жизни" устойчивых френкелевских пар.

Различные схемы нагружения, а также деформационные поля, порожденные структурными напряжениями, оказывают суще­ственное влияние и на размер зоны спонтанной рекомбинации полярных точечных дефектов.

Описанные простые и сложные дефекты радиационного происхождения уско­ряют диффузионные процессы, способствуют их протеканию при более низких температурах, интенсифицируя распад твердых растворов с образованием кар­бидных, интерметаллидных и других избыточных фаз. Это дало основание ожидать стимулирования структурно-фазовых превращений при облучении сплавов. Радиационная повреждаемость более значительна и оказывает большее влияние на диффузию сплавов, чем предполагается. В таком случае будет большим влияние радиационного облучения на температурно-временные факторы, определяющие работоспособность изделий.

Отметим основные процессы, происходящие при  диффузии.

1. Диффузия происходит в направлении падения концентрации вещества и ведет к ее выравниванию по объему, т.е. к выравниванию химического потенциала.

2. Коэффициент диффузии весьма чувствителен к дефектам кристаллического строения, наличию напряжений, стадиям распада твердого раствора и другим факторам, влияющим на качественные и количественные стороны дефектности и структурных превращений.

3. В условиях равновесия каждой температуре соответствует определенная (равновесная) концентрация вакансий.

4. Быстрое охлаждение от высокой температуры обычно используется для сохранения большого количества вакансий, которое почти соответствует тепловому равновесию при этой температуре. Это указывает на частичную аннигиляцию вакансий, определяемую скоростью охлаждения.

5. В отличие от теплового (закалка с высоких температур) и механического (пластическая деформация) воздействий при облучении твердых тел высокоэнергетическими частицами (ионы, нейтроны и др.) в каждый момент времени образуется практически одинаковое надравновесное количество межузельных атомов и вакансий.

Однако рекомбинировать в момент облучения способны только неустойчивые пары Френкеля, т.е. те, которые находятся на довольно малых расстояниях одна от другой (несколько периодов решетки), в так называемой зоне неустой­чивости (или спонтанной рекомбинации). В этом случае за время 10-11-10-12 с межузельный атом вернется в свободный узел кристаллической решетки, и вакансия перестанет существовать. В процессе облучения возникают и устойчивые пары Френкеля, хотя концентрация их на два и более порядка меньше не­устойчивых. Несмотря на отмеченное, этих относительно устойчивых пар разноименных радиационных точечных дефектов оказывается достаточно, чтобы вызвать при определенных температурно-временных условиях значительное уве­личение объема твердых тел, так называемое радиационное распухание (и другие неблагоприятные последствия).

6. В условиях облучения и вакансия, и межузельный атом обладают отно­сительно высокой подвижностью даже при комнатной температуре. Вследствие более сильного взаимодействия межузельных атомов с другими структурными дефектами они быстрее уходят на стоки, чем вакансии. Оставшиеся вакансии ускоряют диффузионные процессы в облучаемых твердых телах.

7. Известно из эксперимента, что коэффициент диффузии по дислокациям значительно превосходит коэффициент объемной диффузии в кристаллах.

В условиях нейтронного (и ионного) облучения диффузия ускоряется еще и потому, что увеличивается плотность дислокаций.

8. Радиационные дефекты, изменяя термодинамические или кинетические условия процесса выделения, способствуют распаду пересыщенных твердых рас­творов. Тем не менее, однозначно трактовать влияние внесенных облучением дефектов как ускоряющее процессы выделения невозможно, так как процесс распада состоит из многих стадий (особенно в дисперсионно-твердеющих сталях и сплавах), на протекание которых структурные дефекты влияют неодинаково.

9. Обобщение и анализ экспериментальных данных позволяют утверждать, что структурные превращения в сталях и сплавах, как обычно указывается, не только усиливаются или индуцируются радиацией, но радиационно-стимулированная диффузия и радиационно-стимулированные и индуцированные распады растворов весьма интенсивно развиваются в указанных материалах и протекают даже при значительно более низких температурах.

По сравнению с материалами традиционных энергетических установок конструкционные материалы атомных энергетических установок работают в более сложных условиях, так как нейтрон­ное облучение ускоряет процессы ползучести, усиливает времен­ную зависимость прочности, резко снижает кратковременную и длительную пластичность при умеренных (20-450 °С), высоких (500-800 °С) и особенно сверхвысоких (выше 800 °С) температу­рах, повышает критическую температуру перехода из хрупкого в вязкое состояние (для ОЦК - и ГПУ - металлов), снижает коррози­онную стойкость, а также при накоплении определенной дозы нейтронов вызывает порообразование и радиационное распуха­ние.

  В третьей главе "Материалы и методики исследования" приводятся химический состав, режимы термической обработки и параметры облучения исследуемых сталей и сплавов. Приводятся описания методик исследования сталей и сплавов, рассмотренных в настоящей работе: механических испытаний, металлографических исследований, электронно-микроскопических исследований, фазового  физико-химического и рентгеноструктурного анализа, методов оценки распухания, моделирования радиационного распухания.

В четвертой главе "Некоторые  сведения о роли структуры в процессах радиационного распухания сталей и сплавов. Природа  высокой  сопротивляе- мости радиационному распуханию высоконикелевых аустенитных сплавов" приведены зависимости распухания металлических материалов  при облучении нейтронами и ионами от температуры и флюенса. Рассмотрено влияние химического состава и структуры на распухание металлов и сплавов.

Особо рассмотрено влияние никеля в аустенитных хромоникелевых сплавах на склонность их к радиационному распуханию. На рис.1 приведены данные по влиянию содержания никеля на радиационное распухание различных зарубежных аустенитных хромоникелевых сталей и сплавов. Совместно с ФГУП ЦНИИ КМ "Прометей",  ХФТИ и ФЭИ было проведено систематическое изучение влияния переменного содержания никеля на радиационное распухание аустенитных хромоникелевых сталей и сплавов при ионном облучении.

Рис.1. Влияние содержания никеля на радиационное распухание различных зарубежных аустенитных хромони-келевых сталей и сплавов Тобл = 625 С, доза 140 смещ./атом (2÷3 ⋅ 1023 нейтр/см2), Ni+,  E = 5 МэВ

Этими исследованиями было подтверждено, что аустенитные хромо- никелевые стали и сплавы, содержащие 35–60% Ni, обладают высоким сопро- тивлением радиационному распу- ханию (ΔV/V не более 2%) при дозе вызывающей повреждение до 80 смещ./атом (рис.2).

При больших и меньших содер- жаниях никеля распухание этих материалов увеличивается. Так, при содержании никеля 10-15% (стали марок Х18Н9, Х16Н11М3, Х16Н15М3Б) V/V 1520%, а распухание чистого никеля ~12%. Установлено, что сплавы марок ЧС-42П (03Х20Н45М4БЧ) и ЧС-43П (03Х20Н45М4БРЦ), а также дисперсионно-твердеющая сталь марки ЭП-150 (Х15Н35М2БТЮР) обладают весьма высоким сопротивлением распуханию (ΔV/V ≤ 1,2% при дозах, вызывающих повреждение 150 смещ./атом; 3 · 1017 ион/см2, ~3 · 1023 нейтр/см2). 

В предыдущих разделах показано определяющее влияние структурных превращений и особенностей распада твердых растворов в аустенитных нержавеющих и жаропрочных хромоникелевых сталях и сплавах разных композиций на различные механические и физические свойства.

Рис.2. Влияние содержания никеля на радиационное распухание различных отечественных аустенитных хромони- келевых сталей и сплавов при облуче- нии ионами аргона, хрома, никеля

Установление механизма и ки- нетики этих процессов дали возможность разработать принципы легирования и создать высоконикелевые радиационно- стойкие сплавы типа Х20Н45М4Б с высокой деформационной способностью в условиях нейтронного облучения и малой склонностью к вакансионному порообра- зованию.

На основе изучения тонких особенностей структурных превращений делается вывод о единой природе высокого сопротивления радиационному распуханию высоконикелевых как дисперсионно-упрочняемых, так сталей и сплавов с твердорастворным упрочнением, заключающейся в следующем. Концентрационное и размерное несоответствия, возникающие в инку- бационном периоде распада пересыщенных высоконикелевых твердых растворов, обусловливают появление упругоискаженных (растянутых и сжатых) областей в матрице. Из известных представлений следует, что дислоцированные атомы, возникающие в процессе облучения, должны преимущественно мигрировать в растянутые области предвыделений, а вакансии - в сжатые.

  В описанных условиях структурных превращений в инкубационном периоде распада, сопровождающихся значительными по знаку объемными изменениями, маловероятно, что дислоцированные атомы и вакансии будут преимущественно закреплены соответственно в растянутых и сжатых областях предвыделений формирующей фазы. Имеется основание пола­гать, что эти локализованные области с концентрационным и размерным несоответствиями являются предпочтительными местами для встречи и последующей аннигиляции близких пар полярных дефектов. Таким об­разом, рассмотренные сплавы типов Х20Н45М4Б и Х15Н35М2БТЮР в процессе распада твердых растворов в инкубационном периоде приобре­тают повышенную способность к аннигиляции путем рекомбинации то­чечных радиационных дефектов. Предварительное старение этих сплавов длительностью 100 ч (рис.3) и 10000 ч (рис.3,4) перед облучением на ускорителях не только не привело к увеличению рас­пухания, но даже снизило его.

При нейтронном облучении в температурно-временной области развитого распада даже имело место не распухание, а увеличение плотности (см. рис.3,4).

Исследованиями установлено наличие волнообразного распада твердого раствора в изучаемых материалах. Это означает, что с течением времени появляются все новые и новые сегрегаты и другие последующие промежуточные состояния формирующихся избыточных фаз. Температурно-временная область развитого распада характеризуется С-образными кривыми ИК на рис.3 и 4.

Рис.3.Диаграмма структур- ных превращений и рас-пухание дисперсионно - твердеющей стали  марки ЭП-150 (Х15Н35М2БТЮР) в различном структурном состоянии при нейтронном и ионном облучении: АБ - начало появления сегре- гатов; ВГ - начало обособления -фазы Ni3(Ti, Nb, Al); ДЕ - начало выделения фазы Лавеса Fe2Mo; ЖЗ - начало образования когерентной '-фазы Ni3(Ni, Nb, Al); ИК - температурно-временная область (правее кривой развитого распада твердого раствора; -  50 смещ/атом, Ar+; - 80 смещ/атом, Ar+; - 1022 нейтр/см2 (~5 смещ./атом); - 3,3 · 1022 нейтр/см2 (~17 смещ./атом); - 7,7 · 1022 нейтр/см2 (~40 смещ./атом) (цифры у точек  распухание, %)

Кроме изложенного выше, равномерный распад твердого раствора должен привести и к однородному распределению комплексов точечных дефектов. Это также будет способствовать ослаблению вакансионного распухания.

Рис.4.Диаграмма структурных превращений и распухание сплавов типа 03Х20Н45М4Б (сплавы ЧС-42П и ЧС-43П) в различных состояниях при нейтронном и ионном облу- чении ( - 150 смещ./атом, Ar+; остальные обозначения те же, что и на рис.3)

По-видимому, с последним связано уменьшение распухания в том случае, когда в облучаемом материале наблюдается образование пространственной сверхрешетки пор. Если процесс аннигиляции точечных дефектов и исчерпает себя во времени, то преимущество сплавов с описанным распадом твердого раствора будет в том, что накопление опасного числа радиационных дефектов значительно отодвигается во времени.

  Одной из отличительных особенностей распада высоконикелевых твердых растворов, как уже отмечалось, является развитый инкубационный период, т.е. скрытый распад (от зарождения сегрегатов - начало распада - до обособления равновесной фазы) значительно растянут во времени (температурно-временные области между кривыми АБ и ВГ – см. рис.3,4).

С учетом изложенных концепций по подавлению или значительному ослаблению развития радиационного распухания в высоконикелевых сплавах рассмотрены  и другие основные механизмы влияния легирующих элементов и изменения структуры на развитие вакансионной пористости в хромоникелевых аустенитных конструкционных материалах.

Механизм задержки точечных радиационных дефектов примесными легирующими элементами. В основе этого механизма лежит предположение о положительной энергии связи между радиационными дефектами и атомами легирующих элементов матрицы. При этом атомы с малым радиусом (Si, Be, В) преимущественно связываются межузельными атомами, а атомы большого радиуса (Al, Ti, Mo, W) с вакансиями Отмечено, что для заметного подавления распухания достаточно иметь всего лишь 10-3 - 10-2 % атомов малого радиуса, тогда как атомов боль­шого диаметра необходимо иметь в твердом растворе > 1%. Считается, что ослабление распухания обусловливается задержкой миграции точечных радиационных дефектов, вследствие чего предотвращается уход вакансий и межузельных атомов на стоки (на поры и дис­локационные петли соответственно) и тем самым увеличивается вероятность их рекомбинации.

Механизм захвата точечных радиационных дефектов когерентными по­верхностями раздела. В основе этого механизма лежит искажение когерентной границы раздела «выделившаяся фаза - матрица». Усиление рекомбинации обеспечивается благодаря предотвращению ухода точечных дефектов на стоки.

Механизм различной диффузионной подвижности компонентов сплава. В разработанной модели  предполагается, что атомы быстро диффундирующего компонента снижают пересыщение вакансий (движущую силу процесса распухания), а медленно диффундирующие атомы замедляют зарождение и рост вакансионных пор.

Другие механизмы ослабления распухания. Как уже упоминалось выше, на подавление распухания оказывает значительное влияние предвари­тельная холодная деформация, в результате которой создается высокая плотность дислокаций. Дислокации являются эффективными стоками для вакансий и межузельных атомов.

Сравнительные данные по сопротивляемости радиационному распуханию различных сталей и сплавов с ГЦК-, ОЦК- и ГПУ- решетками пред­ставлены на рис.5. Радиационное распухание высоконикелевых сплавов (а также и сталей с ГПУ - и ОЦК - решетками) не превышает 1,5%, в то вре­мя как стали типов 18-8, 15-15 при сравниваемых условиях эксперимента увеличивают свой объем на 16–20%.

Рис.5.Сопротивляемость радиацион- ному распуханию различных сталей и сплавов с ГПУ-, ОЦК- и ГЦК-решет-ками: а – -сплавы титана, условные номера 1, 2, 3: - сплав 1,80 смещ./атом (~1,5·1023 нейтр/см2),  Ar+, Е = 2 МэВ; . – сплавы 2, 3, 80 смещ./атом (~1,5·1023 нейтр/см2), Сr3+, Е = 3,8 МэВ; б – ферритная сталь марки ЭП-932 (01Х13МЧ): - Сr3+, 80 смещ./атом (~1,5·1023 нейтр/см2), Е = 4,25 МэВ; – Ar+, 80 смещ./атом, Е = 2 МэВ; в - сталь 08Х18Н9, 50 смещ./атом (~1023 нейтр/см2), Ar+, Е = 100 КэВ; г - сталь 09Х16Н11М3, 50 смещ./атом (~1023 нейтр/см2), Ar+, Е = 100 КэВ; д - сталь Х16Н15М3Б, 115 смещ./атом (~2·1023 нейтр/см2), Сr3+, Е = 4,25 МэВ; е – высоконикелевые сплавы марок ЧС-42П и ЧС-43П: - ЧС-42П, 50 смещ./атом (~1023 нейтр/см2), Ar+, Е = 100 КэВ; -ЧС-43П, 150 смещ./атом (~3·1023 нейтр/см2), Ar+, Е = 2 МэВ; ж - дисперсионно-упрочняемая сталь марки ЭП-150, 50 смещ./атом (1023 нейтр/см2), Ar+, Е = 100 КэВ

В пятой главе " О некоторых аномалиях в проблеме упрочнения и микролегирования аустенитных коррозионностойких сталей и сплавов для ядерных энергетических установок " рассмотрены температурно-временные закономерности твердения и особенности диаграмм структурных превращений.

На рис.6 приведена диаграмма структурных превращений аустенитной дисперсионно-твердеющей стали 04Х15Н35М2БТЮР нашедшей широкое применение в ядерной энергетике.

Рис.6. Диаграмма структурных превращений дисперсионно-твер- деющей стали 04Х15Н35М2ТЮР:  I- обособление и коагуляция γ'-фазы; II –инкубационный период формирования γ'-фазы (от зарож- дения сегрегатов до начала обо- собления γ'-фазы; III  дораспад- ный период

Линия АБ, характеризует начало обособления γ' - фазы Ni3(Ti, Al, Nb). Начало образования когерентного состояния γ'-фазы приблизительно характеризуется линией ДЕ. В этом случае в анодном осадке, обнаруживаются не только эле­менты, формирующие избыточную γ'-фазу, но и, как в сплаве нимоник, заметное количество железа и хрома, входящих в состав сопряженной с ней аустенитной матрицы. На этих же стадиях распада в фазовом осадке наблюдается избыточное количество никеля по сравнению с тем его содержанием, которое необходимо для формирования фазы типа Ni3Ti. Выделить когерентную фазу Ni3Ti без сопутствующих элементов, формирующих границу раздела, оказалось невозможным. Кривая ВГ, соответствующая наиболее раннему температурно-временному интервалу старения, характеризует начало распада пересыщен­ного твердого раствора. За начало распада принято образование сегрегатов, т.е. таких областей матрицы, в которых концентрация основных легирующих элементов, формирующих избыточную фазу, более высо­кая, чем во флуктуациях твердого раствора.

Температурно-временной интервал между кривыми АБ и ВГ следует рассматривать как область предвыделения γ'-фазы, в которой протекает инкубационный период распада - от образования сегрегатов до выделения γ'-фазы. Область левее кривой ВГ следует принять за дораспадную, так как для нее характерны нич­тожно малые скорости диффузии основных легирующих элементов, препятствующие образованию концентрационных неоднородностей (се­грегатов) за короткое время. Фазовый состав этой области характери­зуется метастабильным аустенитом и первичными карбидами и карбонитридами титана и ниобия.

Температурно-временной интервал между линиями АБ и ДЕ характеризует заключительную стадию инкубационного периода распада - образования когерентной γ' - фазы.

На диаграмме показана также температурно-временная область выделения фазы Лавеса, расположенная правее линии ИЛ. Линия ОО′ и ПП' характеризуют соответственно температуру растворения γ' - фазы и фазы Лавеса при нагреве стали.

Нанесем теперь на диаграмму данные, соответствующие началу изменения низкотемпературных (tисп = 20°С) кратковременных механических свойств (кривая МН). Расположение кривой МН в области инкубационного периода распада с очевидностью свидетельствует о том, что начало упрочнения и сопутствующего ему охрупчивание стали 04Х15Н35М2БТЮР обусловлены не выпадением обособленной интерметаллидной γ' - фазы, а предшествующими этому процессу структур­ными превращениями.

Анализ полученных экспериментальных данных приводит к выводу о том, что изменения структуры, протекающие в температурно-временном интервале между линиями АБ и ВГ, оказывают, как уже отмеча­лось, доминирующее влияние и на такие свойства рассматриваемой дисперсионно-твердеющей стали, как сокращение удельного объема, увеличение удельного электросопротивления, аномальное уменьшение деформации при испытании на ползучесть и увеличение напряжений при испытании на релаксацию.

  Рассмотрено твердорастворное упрочнение и дисперсионное твердение сталей и сплавов. Весьма важно указать на избирательность распада твердого раствора в обеспечение изотропности свойств. Относительно равномер­ный распад свойственен дисперсионно-твердеющим сталям и сплавам; избирательный же - твердорастворноупрочняемым.

В работе изучалось влияние микродобавок редкоземельных элементов на основные критерии, характеризующие работоспособность материалов для ядерных энергетических установок в процессе металлургического передела полуфабрикатов, изготовление изделий и их эксплуатации, а также их влияние на радиационное распуханию.

Показано, что введение  в металлы, стали и сплавы редкоземельных элементов повышает стойкость их к радиационному распуханию. Анализ полученных данных свидетельствует о том, что лучший комплекс механических и физических свойств достигается при нейтронном облучении сталей и сплавов, когда они одновременно легированы необходимыми количествами титана (перевод в разряд дисперсионно-твердеющих) и редкоземельными элементами (иттрий и др.).

  В шестой главе " Радиационное распухание дисперсионно-твердеющей аустенитной экономнолегированной никелем радиационностойкой стали" приведены результаты исследования по совершенствованию широко распространенной в ядерной энергетике аустенитной стали типа Х16Н15М3Б с относительно высокой склонностью к радиационному распуханию (V/V = 15 – 20% при повреждающих дозах около 100 смещ./атом) основыванные на особенностях структурных превращений при распаде твердых растворов в инкубационном периоде формирования вторичных избыточных фаз при переводе стали ука­занного типа в разряд дисперсионно-твердеющих.

Исследовалось влияние легирования титаном и иттрием на кратковременные механические свойства стали содержащей: 0,04% углерода, 15% хрома, 15% никеля.

Результаты испытаний на растяжение сталей содержащих 0,35% Ti, 0,61% Ti и 1,94% Ti показали, что в процессе старения максимальное упрочнение отмечается у стали, содержащей 1,94% титана при температуре старения 650 °С, в то время как стали с содержанием 0,35% Ti и 0,61% Ti практически не изменяют своих прочностных свойств во всем интервале температур старения.

В интервале темпера­тур 600 - 750°С чем больше длительность старения, тем ниже пластичность. Изменение пластических свойств имеет минимум при температуре старения 650°С.

Полученные данные по изменению пластических и прочностных свойств стали 04X15H15M3T2Ч согласуются с данными, приведен­ными в работах других исследователей для дисперсионно-твердеющих сталей и сплавов.

В нержавеющих сталях 04Х15Н15М3Т0, 35Ч, 04Х15Н15М3Т0, 61Ч, титан находится в твердом растворе и первичных карбидах. В стали 04XI5HI5M3T2Ч кроме карбидов возможно выделение дисперсной -фазы типа Ni3Ti в результате метастабильного распада аустенита.

Экспериментальные данные показывают, что старение пред­варительно аустенитизированной стали марки 04X15H15M3T2Ч (1050°С, 1 ч, охлажденная в воде) при 650°С приводит к ее ин­тенсивному твердению.

Сопоставление изменения механических свойств стали 04XI5HI5M3T2Ч при комнатной температуре с изменениями микро­структуры в результате старения показывает следующее.

Заметное упрочнение стали, сопровождающееся понижением пластичности, обнаруживается уже после старения при 500-550°С, т.е., когда не наблюдается выделения -фазы типа Ni3Ti и не происходит увеличения фазового осадка.

При небольшой длительности старения и низких температурах видимых изменений в микроструктуре стали не наблюдается. Однако, уже после старения в течение 1 часа при температуре 600°С на электронных микрофотографиях обнаруживаются зоны предвыделения -фазы типа Ni3Ti.

В начальных стадиях старения при температурах 600-650°С возникают и распадаются зоны предвыделения -фазы типа Ni3Ti и происходит обособление значитель­ного количества дисперсных частиц -фазы внутри зерен твердого раствора. Упрочнение стали в этом интервале темпера­тур и сопутствующее ему снижение пластичности обусловлены как процессами предвыделения -фазы, так и, по-видимому, появлением значительного количества дисперсных частиц ее внут­ри и по границам зерен.

Разупрочнение стали с увеличением температуры старения вызвано процессами коагуляции -фазы.

Таким образом, упрочнение в процессе распада пересыщенно­го твердого раствора дисперсионно-твердеющей стали марки 04X15H15M3T2Ч нельзя связывать с выделением -фазы ти­па Ni3Ti. Упрочнение достигается задолго до появления фа­зы Ni3Ti. В таком случае зоны Гинье-Престона и промежуточные фазы, а также напряжения на границе раздела выделение-матрица, по-видимому, в основном являются ответственными за упрочнение дисперсионно-твердеющей стали марки 04X15H15M3T2Ч в процессе распада пересыщенного твердого раствора.

Разупрочнение дисперсионно-твердеющей стали наблюдаемое после длительного старения, нужно связывать с процессами коа­гуляции вторичных фаз и увеличением расстояния между ними, а также с разделением вторичными фазами зерен или участков их на отдельные микроблоки, что способствует развитию неоднородности деформации и в итоге снижению прочности.

Ранее было показано, что для подавления или ослабления радиационного распухания необходимо обеспечить дополнительную принудительную рекомбинацию разноименных точечных дефектов в полях структурных напряжений (растянутых и сжатых). При этом особую важность имеют плотность возникающих в объеме твердого раствора упругоискаженных областей и их величина.

Учитывая, что оба этих фактора наиболее полно проявляют­ся в дисперсионно-твердеющих сплавах ХH77ТЮР и Х15Н35М2БТЮР, причем возникновению в твердом растворе упругоиска­женных областей вокруг предвыделений вторичной интерметаллидной -фазы со значительной величиной объемной дилатации на границе раздела и формирующаяся фаза- матрица» соответству­ют высокая механическая прочность и твердость. Этим сплавам свойственно и высокое сопротивление радиационному распуханию в латентном периоде формирования вторичных фаз.

Учитывая, что между состоянием предвыделения вторичной фазы, определяющим, как показано, процессы дополнительной ре­комбинации радиационных дефектов и интенсивным повышением прочностных свойств, представляется, что дисперсионное твердение может служить мерой способности дисперсионно-твердеющих сталей и сплавов к ослаблению радиационного распухания.

На основании изложенных выше концепций о превалирующем влиянии структурных полей напряжений и однородного распада на процессы усиления рекомбинации разноименных радиационных то­чечных дефектов была разработана аустенитная дисперсионно-твердеющая сталь марки 04X15H15M3T2Ч с высоким сопротивлением радиационному распуханию, содержащая всего лишь 15 % никеля.

Сталь содержит 2% титана, что обеспечивает образование значительного количества -фазы типа Ni3Ti. Для увеличения числа центров образования вторичной интерметаллидной фазы сталь дополнительно микролегирована иттрием.

Стали марки 04X15H15M3T2Ч свойственна высокая однород­ность и плотность зарождения вторичной фазы типа Ni3Ti, a также интенсивное твердение при длительном старении. Ранее отмечалось, что максимум твердения обнаруживается за­долго до появления обособленной фазы типа Ni3Ti, то есть по­является в латентном периоде формирования интерметаллидной фазы. При исследовании склонности стали марки 04X15H15M3T2Ч к вакансионному порообразованию и радиационному распуханию испы­тывались образцы в аустенитизированном состоянии, в стадии предвыделения вторичных фаз (после старения при 600 – 700°С длительностью 100 часов) и в состоянии обособления некоторого количества -фазы (старение при температуре 750°С с длительностью 100 часов).

Облученная на ускорителе ЭСУ-ВИ ионами трехзарядного хрома с энергией 3 МэВ флюенсом до 80 смещ./атом в интервале температур возможного проявления распухания при ионной бомбар­дировке (550 – 750°С) сталь марки 04XI5HI5M3T2Ч обнаружила увеличение объема всего лишь на 1,4% (рис.7). Были проведены исследования по установлению склонности стали марки 04X15H15M3Ч (сталь без титана) к вакансионному порообразованию. Испытывались образцы в аустенитизированном состоянии.

Облучение данной стали ионами трехзарядного хрома с энер­гией 3 МэВ флюенсом до 100 смещ./атом при температуре 635 °С показало распухание V/V = 35%.

Рис.7. Температурная зависимость и предельные значения радиацион- ного распухания дисперсионно-твердеющей (04Х15Н15М3Т2Ч) и с твердорастворным упрочнением (09Х16Н15М3Б) аутенитных сталей типа Х15-Н15-М3

Распухание же широко ис- пользуемой в ядерной энергетике стали марки 09Х16Н15М3Б состав- ляет ~17%.

На рис.8 показаны темпера- турные зависимости распухания аустенитных сталей и сплавов с различным содержанием никеля с твердорастворным и дисперсион- ным упрочнением.

Вид и распределение вакансионных пор в стали 04XI5HI5M3Ч показаны на рис.9

Сравнительные данные о сопротивляемости радиационному распуханию нержавеющих дисперсионно-твердеющих и с твердораст­ворным упрочнением сталей и сплавов представлены на рис.10.

Рис.8. Температурная  зависимость  распухания аустенитных высоконикелевых  сплавов  с  твердорастворным  упрочнением  и  дисперсионно-твердеющих  сталей с  умеренным  содержанием никеля

  Экспериментальные данные по изучению вакансионного порообразова- ния и радиационного распухания дисперсионно-твердеющей стали марки 04X15H15M3T2Ч полностью подтвердили концепцию об определяющей роли непрерывного равномерного однородного рас­пада твердых растворов с определенной величиной объемной дилатации на границе раздела "формирующаяся фаза - матрица" в про­цессе возникновения дополнительной принудительной рекомбинации разноименных радиационных точечных дефектов а, следовательно, и в ослаблении радиационного распухания.

Рис.9. Микроструктура стали марки 04Х15Н15М3Ч в состоянии аустенити- зации (1050 С, 1ч., охлаждение в воде) и последующего облучения ионами хрома с энергией 33 МэВ флюенсом до 100 смещ./атом. х 13200

Рис.10.Сопротивляемость радиацион- ному распуханию нержавеющих дисперсионно-твердеющих () и с твердорастворным () упрочнением сталей и сплавов

  Полученные экспериментальные данные по исследованию стали марки 04X15H15M3T2Ч отвергают устано- вившееся мнение, что аустенитным хромоникелевым сталям и сплавам (ГЦК - структура), в отличие от ста- лей и сплавов с ОЦК и ГПУ  -  струк- турами, свойственна высокая склон- ность к радиационному распуханию и вакансионному порообразованию.

В седьмой главе "Явление аномальной рекомбинации  разноименных радиационных дефектов в распадающихся твердых растворах" приводятся  экспериментально обнаруженные и теоретически обоснованные  данные по установленному явлению аномальной рекомбинации разноименных радиа- ционных дефек­тов в распадающихся твердых растворах, заключающееся в том, что при раз­витом однородном непрерывном распаде метастабильных растворов под высокоэнергетическим облучением происходит перераспределение потоков под­вижных дефектов и вынужденное усиление рекомбинации разноименных де­фектов, обусловленные полями внутренних напряжений формирующихся предвыделений и приводящих к подавлению распухания.

Показано, что определяющее влияние на повышение спо­собности твердых тел к рекомбинации разноименных точечных радиационных дефектов оказывают не концентрационное и размерное несоответствия, соз­дающиеся в объемах исходных твердых растворов при определенном их ле­гировании (твердорастворное упрочнение), а несоответствия, возникающие при распаде пересыщенных (метастабильных) твердых растворов, а также интенсивность распада.

Для подавления радиационного распухания необходимо в сталях и спла­вах определенным легированием обеспечить во времени развитый непрерыв­ный однородный распад твердого раствора с сильно выраженным инкубаци­онным периодом с определенной величиной объемной дилатации на границе раздела "формирующаяся вторичная фаза - матрица", а также распадов, типа упорядочения, К-состояния, расслоения твердых растворов и др. Возни­кающие при таком распаде во времени развитые сильные поля структурных напряжений оказываются способными перераспределять потоки разноимен­ных точечных дефектов, ослаблять или подавлять миграцию межузельных атомов на опасные структурные стоки (экранировать их) и обеспечить воз­можность рекомбинации их с вакансиями в упруго искаженных областях рас­падающихся твердых растворов.

Установлено, что в распадающихся твердых растворах имеет место явление аномальной рекомбинации разноименных дефектов благодаря форми­рованию неоднородных упругих полей, которые экранируют дислокации и в которых поэтому концентрация разноименных дефектов и, следовательно, ве­роятность их встречи, приводящей к рекомбинации, повышены.

Сущность предлагаемого явления состоит в экспериментальном обна­ружении и теоретическом обосновании усиления рекомбинации подвижных точечных радиационных дефектов, как с подвижными разноименными дефек­тами, так и с их кластерами, при развитом однородном непрерывном распаде твердых растворов под облучением в результате перераспределения потоков вакансий и межузельных атомов в полях внутренних напряжений формирую­щихся предвыделений.

Научное значение установленного явления состоит в том, что оно вне­сло коренные изменения в представления о природе и свойствах твердых тел в условиях облучения высокоэнергетическими частицами.

Прикладное значение заключается в том, что оно указывает возможно­сти целенаправленного создания радиационностойких материалов и управле­ния процессами радиационного дефектообразования.

Дальнейшие исследования условий и механизма аномальной рекомбина­ции разноименных дефектов и связанных с ней изменений свойств метастабильных твердых растворов под облучением могут способствовать решению важных задач прикладного характера также в других областях ядерной и тер­моядерной энергетики, космической техники и радиационнолучевой техноло­гии.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Отмечается, что при нейтронном облучении вследствие более сильно­го взаимодействия межузельных атомов с дислокациями и большей их под­вижности в кристаллической решетке (наличие преферанса) они быстрее ухо­дят на стоки чем вакансии. Присоединяясь к структурному дефекту, межузельные атомы  достраивают существующие атомные плоскости кристалла, вызывая радиаци­онное распухание. Нескомпенсированные же вакансии в определенной темпе­ратурной области образуют зародыши, развивающиеся со временем в поры (8 или 10 вакансий).

2. Установлено, что для подавления радиационного распухания в сталях и сплавах с ГЦК-решеткой необходимо с помощью легирования обеспечить развитый непрерывный распад твердого раствора с сильно выраженным инкубационным пе­риодом и определенной величиной объемной дилатации на границе раздела "формирующаяся фаза – матрица". Показано, что возникающие при таком распаде "сильные" поля структурных напряжений оказываются способными перераспределять потоки разноименных точечных дефектов, ослаблять или подавлять миграцию межузельных атомов на опасные структурные стоки (экранировать их) и обес­печить возможность их рекомбинации с вакансиями. При "сильном" распаде (развитое дисперсионное твердение) расстояние между вторичными фазами меньше, чем между дислокациями, из-за чего происходит преимущественное экранирование краевых дислокаций. В таком случае осуществляется более полная рекомбинация радиационных дефектов, и радиационное распухание при этом весьма незначительно.

Если допустить "меньшую" рекомбинацию, происходит некоторое рас­пухание, но при этом улучшается технологичность материала.

3. Дисперсионное твердение, обеспечивая большую рекомбинацию, дает одновременно и большее упрочнение. Это значит, что дисперсионное тверде­ние есть мера и радиационного распухания.

4. В связи с отмеченным, легирование аустенитных сплавов титаном (в большем количестве, чем это необходимо для связывания углерода в карбиды титана - предотвращение склонности к межкристаллитной коррозии), которое гарантирует равномерный однородный распад во времени с образованием интерметаллидной γ′-  фазы типа Ni3Ti или добавка в сплавы в определенном ко­личестве РЗМ (иттрий, скандий и др.) - основные способы уменьшения или даже подавления радиационного распухания.

5. Показано, что зарождение новой избыточной фазы не происходит
мгновенно, для ее выделения требуется определенное, иногда очень длитель­ное время. При выделении вторичной фазы последовательно происходят сле­дующие процессы: появление сегрегатов, двумерных, а затем трехмерных об­разований типа зон Гинье-Престона-Багаряцкого, каких-то промежуточных состояний, когерентной фазы, имеющей границу раздела. Только затем проис­ходит коагуляция избыточной фазы. Эти процессы, по-видимому, присущи всем пересыщенным твердым растворам, но развитие их с учетом температурно-временных факторов различно, то есть в одних сталях они сильно выра­жены (например, дисперсионно-твердеющие стали и сплавы), а в других – бо­лее слабо (сталь типа 18-8 и др.). При этом наиболее важны процессы, кото­рые происходят внутри твердого раствора – до обособления и коагуляции из­быточной фазы.

Таким образом, при распаде твердых растворов именно в них происхо­дят основные структурные превращения: равномерность зарождения фаз, ве­личина и знак структурных напряжений и др.

При "слабом" распаде выделение вторичных фаз происходит в основном по границам зерен, то есть довольно неравномерно, а количество этих фаз со­ставляет 1,0 – 1,5%. Таким материалам (например, стали типа 18-8) свойствен­но весьма высокое радиационное распухание (20-30%). В то же время в дисперсионно-твердеющем сплаве 04Х15Н35М2БТЮР, применяемом в реакторе на быстрых нейтронах БН-600, количество вторичных фаз может составлять 8-13%. Сплав практически не подвержен радиационному распуханию.

Следовательно, структурные превращения, протекающие на различных стадиях распада твердых растворов, усиливаемые или индуцируемые радиа­ционным воздействием, оказывают определяющее влияние на эффекты ней­тронного (и ионного) облучения. Изменение служебных свойств конструкци­онных материалов в процессе облучения определяется характером взаимодей­ствия дислокационной структуры, плотностью и равномерностью распределе­ния дислокаций, изменяющихся в процессе облучения, с простыми и сложны­ми комплексами радиационных дефектов и структурных образований, также изменяющихся во времени (от зарождения сегрегатов вторичных фаз и до их обособления и коагуляции).

При этом еще раз следует отметить важность равномерности распада и величины объемной дилатации на границе раздела "формирующаяся фаза - матрица", предопределяющих появление упругоискаженных областей в мат­рице, глубину их распространения и уровень напряжений.

6. Рассмотренные ранее (до настоящей работы) механизмы, и особенно такие, как легирование элементами, вызывающими дилатацию кристалличе­ской решетки или имеющими различную диффузионную способность в твер­дом растворе данной композиции, а также вызывающими ближнее упорядоче­ние в твердом растворе или оказывающими влияние на энергию дефекта упа­ковки, должны способствовать, казалось бы, рекомбинации разноименных то­чечных дефектов и, в связи с этим, оказывать влияние на ослабление развития радиационного распухания. Однако эти механизмы, разработанные преиму­щественно для аустенитных хромоникелевых сталей типов 18-8 и 15-15 (ос­новных конструкционных материалов атомных энергетических установок), учитывают, как правило, только состояние исходного твердого раствора без учета влияния в нем структурных изменений во времени при различной температуре. Такие подходы, как впервые установлено, не обеспечили сущест­венное повышение сопротивляемости материалов радиационному распуханию.

В данной работе показано, что определяющее влияние на повышение способности твердых тел к рекомбинации разноименных точечных радиаци­онных дефектов оказывают не концентрационное и размерное несоответствия, создающиеся в объемах исходных твердых растворов при определенном их легировании (твердорастворное упрочнение), а несоответствия, возникающие при распаде пересыщенных (метастабильных) твердых растворов, а также ин­тенсивность распада твердых растворов.

В этом и заключается суть установленной аномальной рекомбина­ции разноименных радиационных дефектов - благодаря формированию не­однородных упругих полей, которые экранируют дислокации и обеспечивают встречу, а затем и рекомбинацию межузельных атомов с вакансиями.

Разработаны модели распада твердых растворов твердорастворно-упрочняемых и дисперсионно-твердеющих сталей и сплавов.

7. Развито явление аномальной принудительной рекомбинации разно­именных радиационных дефектов в распадающихся твердых растворах сталей и сплавов. Показано, что в процессе нейтронного и ионного облучения проте­кает дополнительная (основная) рекомбинация относительно устойчивых ра­диационных дефектов в случае однородного непрерывного распада твердых растворов. Возникающие при этом структурные напряжения оказываются спо­собными перераспределять потоки разноименных точечных дефектов, ослаб­лять или подавлять миграцию межузельных атомов в опасные структурные стоки (экранировать их) и обеспечивать при этом возможность протекания рекомбинации их с вакансиями в упруго-искаженных областях распадающихся твердых растворов.

Эта научно обоснованная концепция дала возможность создать ряд но­вых дисперсионно-твердеющих сталей и сплавов, практически несклонных к радиационному распуханию (сплавы и стали защищены авторскими свиде­тельствами).

8. Одновременно показано, что для достижения высокой деформацион­ной способности конструкционных материалов АЭУ при высоких температу­рах также необходимо создание твердых растворов, гарантирующих развитый непрерывный однородный распад. В этом случае обеспечивается более изо­тропное состояние твердого раствора и ослабляется межзеренное развитие трещин.

9. Научное значение данной работы состоит в том, что она внесла корен­ные изменения в представления о природе и свойствах твердых тел в условиях радиационного облучения.

Прикладное же значение заключается в том, что оно указывает возмож­ности целенаправленного создания радиационностойких конструкционных материалов и управления процессами радиационного дефектообразования.

10.        Обобщение и анализ широкого комплекса исследований дали возможность отметить следующие основные пути ослабления или подавления ра­диационного распухания и вакансионного порообразования в аустенитных  коррозионностойких сталях и сплавах:

а)        легирование никелем (40-60%);

б)        введение значительных количеств титана (и алюминия), обеспечивающих перевод сталей и сплавов в разряд дисперсионно-твердеющих материалов. Аннигиляция радиационных дефектов связывается с усилением их рекомбина­ции в полях внутренних напряжений, возникающих при формировании фаз типа Ni3Ti или Ni3(Ti, Al) в латентном периоде распада. Согласно этим концепциям разработаны аустенитные дисперсионно-твердеющие экономно легированные никелем стали марок Х12Н23МТ3ЦЧ (23% Ni), 04Х15Н15М3Т2ЦЧ (15% Ni) с весьма высоким сопротивлением ра- диационно­му распуханию: при повреждающих дозах 80-100 смещ./атом -1-3%;

в)        микролегирование сталей и сплавов РЗМ:

- введение в никель ~ 0,2% празеодима снижает распухание с
8-10% до 1-2% (60 смещ./атом);

- введение в никель ~ 12% скандия снижает распухание до 1-1,5%
(60 смещ./атом);

г) введение в хромоникелевый сплав с 30% никеля (сплав марки 03Х20Н30М2БРЦЧ) ~ 0,04% иттрия переводит его в разряд стойких к радиационному распуханию материалов (ΔV/V = 1-2% при 100-130 смещ./атом);

д)        совместное легирование  аустенитных сталей и сплавов титаном
(и алюминием) и РЗМ;

е)        легирование, например, аустенитных сталей высоким содержанием меди (1-1,5%), переводя их в дисперсионно-твердеющие материалы.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Влияние нейтронного и корпускулярного облучения на критерии работоспособности конструкционных материалов /А.М. Паршин, И.Е. Колосов, Ю.Г. Прокофьев, В.Б. Звягин // Пробл. материаловедения теплоэнергетического оборудования атомных станций: Сб. статей./  ЛПИ. Л., 1984. - С. 14-24.

2. Паршин А.М., Криворук М.И., Звягин В.Б. Радиационная повреждаемость металлов и структурные аспекты ее ослабления // Роль дефектов в физико-механических свойствах твердых тел. Ч.II: Тез. докл. объед. сес. семинаров по физике твердого тела и механике (г. Барнаул, 10-12 сентября 1985 г.) / Алтайский политехнический ин-т. Барнаул, 1985.- С. 104.

3. Криворук М.И., Звягин В.Б. Роль ранних стадий распада в процессах упрочнения дисперсионно-твердеющих сталей //Оптимизация структуры и свойств  сталей и сплавов в свете реализации программы «Интенсификация-90», Роль дефектов в физико-механических свойствах твердых тел.: Материалы краткосрочного семинара (г. Ленинград, 25-26 сентября 1987 г.) - Л.: ЛДНТП, 1987.- С. 15-19.        

4. Паршин А.М., Колосов И.Е., Звягин В.Б. Пути подавления радиационного распухания в аустенитных сталей типа Х15Н15 //Методы и средства повышения эффективности производства: Межвузов.сб. Интенсификация производства. - Л.: СЗПИ, 1987.- C.122-126.

5. Дисперсионное твердение как мера ослабления радиационного распухания /А.М. Паршин, В.Б. Звягин, И.Е. Колосов, М.И. Криворук // Радиационные дефекты в металлах: Материалы IV Всесоюзного совещ. г. Алма-Ата, 4-6 июня 1986 г.).- Алма-Ата: Наука Каз.ССР, 1988. - С. 143-147.

6. Криворук М.И., Звягин В.Б., Теплухин В.Г. Радиационное распухание конструкционных материалов и пути его подавления //Новые стали и сплавы режимы их термической обработки. Материалы краткосрочного семинара (г. Ленинград, 26-27.09.1989 г.) - Л.: ЛДНТП, 1989.- С. 11-13.

7. Криворук М.Т., Теплухин В.Г., Звягин В.Б. Процессы предвыделения - фазы и ослабление радиационного распухания и ионного распыления // Фазовые превращения, структура и свойства сталей и сплавов: Межвуз. сб. - Л.: СЗПИ, 1989.- C.80-89.

8. Криворук М.И., Звягин В.Б., Теплухин В.Г. Структурные аспекты радиационного распухания дисперсионно-твердеющих сталей // Радиационная повреждаемость и работоспособность материалов ядерных энергетических установок: Сб. науч. тр. - Л.: ЛПИ, 1990.- C.15-21.

9. Разработка аустенитной дисперсионно-твердеющей стали для термоядерных реакторов / А.М. Паршин, М.И. Криворук, В.Г. Теплyхин, В.Б. Звягин // Повышение качества, надежности и долговечности изделий из конструкционных, жаропрочных, порошковых и инструментальных сталей и сплавов: Материалы краткосрочного семинара 13-14 сентября 1990 г. - Л.: ЛДНТП, 1990.- С. 36-37.

10. Структурная рекомбинация радиационных дефектов в сталях типа Х15Н11, легированных титаном и РЗМ /А.М. Паршин, М.И. Криворук, В.Б. Звягин, В.Г. Теплухин // Радиационное воздействие на материалы термоядерных реакторов.: Тез. докл. I Всесоюзн. конф. Ч.I (г. Ленинград 18-20 сентября 1990 г.) - Л.: ЦНИИ КМ "Прометей", -1990.- С. 98-99.

11. Структурно-физические аспекты подавления вакансионного порообразования и радиационного распухания сплавов /А.М. Паршин, М.И. Криворук, В.Б. Звягин, В.Г. Теплухин // Тез. докл. Междунар. конф. (г. Харьков, 1990 г.). - Харьков: Изд-во ХФТИ, 1990.- С. 77-80.

12. Радиационное распухание аустенитных сталей и сплавов в зависимости от содержания никеля и титана / А.М.Паршин, И.Е.Колосов, В.Б. Звягин и др. // Вопросы атомной науки и техники. Сер.: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение.- 1990. -Вып.2(53) - С. 38-41.

13. Криворук М.И., Теплухин В.Г., Звягин В.Б. Технологичная аустенитная сталь с высоким сопротивлением распуханию //Радиационная повреждаемость и работоспособность конструкционных материалов: Тез. докл. IV Всесоюзн. семинара (г. Петрозаводск, 2 - 4октября 1990 г.) - Л.:ЦКТИ, 1990. - C.5.

14. Радиационное распухание и принципы легирования сплавов / А.М. Паршин, В.Б. Звягин, И.Е. Колосов, М.И. Криворук, В.Г. Теплухин // Вопр. атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез. -1991. Вып. 3 . - С. 37-40 .

15. Принципы легирования сплавов и радиационное распухание / А.М. Паршин, В.Б. Звягин, И.Е. Колосов, Т.Е. Коршунова, М.И. Криворук, В.Г. Теплухин // Металлы. -1993. - № 3. - С. 73-77.

16. Жукова М.А., Звягин В.Б., Степанов Е.З. Исследование процессов, происходящих в переохлажденном аустените за время инкубационного периода до начала превращения // Научные ведомости БГПУ. - 1996. - №2.- С.49-53.

17.        Степанов Е.З., Жукова М.А., Звягин В.Б.  Влияние исходной структуры закалки на работоспособность термически улучшаемых конструкционных сталей // Научные ведомости БГПУ.  -1996. -№2.- С.53-57.

18. Физика. Оптика. Физика атома. /Подхалюзин В.А., Торчинский И.А., Звягин В.Б.и др.//Методические указания и задания на контрольные работы. - СПб.: СЗПИ.-1997.- 26 c.

19. Барсуков В.Н., Звягин В.Б., Пряхин Е.И. Теория и технология термической и химико-термической обработки. Рабочая программа, задания на контрольные работы. - СПб.: СЗПИ.-1998.- 34 c.

20. Паршин А.М., Звягин В.Б. Структурно-принудительная рекомбинация и особенности радиационного распухания аустенитных сталей и сплавов. // Металлы.- 2003.- №2.- С. 44-49.

21.        Звягин В.Б. Влияние легирования и режимов термической обработки на структуру и механические свойства сталей типа 15-15// Материалы научной конференции, Ч.I -  СПб.: Изд-во СЗТУ, 2003.- C.128 -131.

22. Паршин А.М., Кириллов Н.Б., Звягин В.Б. Особенности радиационного распухания и принципы легирования сплавов // Радиационная физика твердого тела: Труды XIV Международного совещ. (г. Севастополь, 5-10 июня 2004г.).- НИИ ПМТ МГИЭМ (ТУ), 2004.- С. 43-47.

23.        Афоризмы, девизы, необычные изречения в научной работе и в процессе изучения металловедения и физики радиационных повреждений. / А.М.Паршин, А.Н.Тихонов, Ю.С.Васильев, В.В.Глухов, В.Б.Звягин, Н.Б.Кириллов, В.Н.Козлов, Е.И. Пряхин - СПб.: Политехника, 2004. - 285 c.

24. Паршин А.М., Криворук М.И., Звягин В.Б.  Диффузия и радиационные дефекты в сплавах // Сб. науч. тр. -  СПб.: Изд-во СЗТУ, 2005.- C.271- 275.

25.        Звягин В.Б. Некоторые аспекты физических условий работы конструкционных материалов основных узлов ядерных и термоядерных реакторов // Сб. науч. тр. -  СПб.: Изд-во СЗТУ, 2005.- C.276 - 279.

26. Паршин А.М., Звягин В.Б. Радиационные дефекты и их эволюция в сплавах //Металлообработка.- 2005. - №6 (30). - C.38-41.

27. Паршин А.М., Звягин В.Б. Принудительная рекомбинация как мера подавления радиационного распухания аустенитных хромоникелевых сталей и сплавов //Металлообработка. -2006. - №5-6(35-36).  - C.64-67.

28.        Степанов Е.З., Звягин В.Б. К вопросу о влиянии карбидообразующих элементов на кинетику превращения аустенита        //Сб. докладов юбилейной научно-технической конференции - СПб.:Изд-во СЗТУ, 2006.- С.239-243.

29.        Степанов Е.З., Звягин В.Б. Морфология и условия образования бейнитных структур //Сб. докладов юбилейной научно-технической конференции - СПб.:Изд-во СЗТУ, 2006.- С.244-247.

30.        Паршин А.М., Звягин В.Б. Радиационные дефекты и их эволюция //Сб. докладов юбилейной научно-технической конференции - СПб.:Изд-во СЗТУ, 2006.- С.248-254.

31.        Звягин В.Б. Предвыделение вторичной фазы и свойства сплавов //Сб. докладов юбилейной научно-технической конференции - СПб.:Изд-во СЗТУ, 2006.- С.230-238.

32.        Паршин А.М., Звягин В.Б. О некоторых критериях работоспособности конструкционных материалов ядерных и термоядерных энергетических установок // Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности: Сборник трудов V международной практической конференции (г. Санкт-Петербург, 02-05 октября 2007 г.) - СПб.:Изд-во СПб.ГПУ, 2007.- Т.10 - С.143-144.

33.        Звягин В.Б. Принципы легирования и радиационное распухание сплавов // Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности: Сборник трудов V международной практической конференции (г. Санкт-Петербург, 02-05 октября 2007 г.) - СПб.:Изд-во СПб.ГПУ, 2007.- Т.10 - С.278-279.

34. Афонькин М.Г., Звягин  В.Б. Производство заготовок в машиностроении. - СПб.: Политехника, 2007. - 380 c.

35. Паршин А.М., Звягин В.Б. Деградация гарантированных свойств металла в конструкции и пути ее ослабления //Металлообработка.-2009. - №3 (51). - C.38-43.

Авторские свидетельства

1. А.с. №1032040 СССР. Сталь; заявл. 26.04.82.// Зинченко А.Г., Звягин В.Б.,  Коротушенко Г.В., Григоркин В.И., Погодаев Л.И., Алферов В.П., Захаров М.М., Ревенко В.Г. Опубл.01.04.83.

2. А.с. №201826 СССР. Аустенитный хромоникелевый сплав типа 20-30; заявл. 15.07.83.// Паршин А.М., Колосов И.Е., Паршина В.И., Степанов И.А.,Звягин В.Б.. Опубл. 30.03.84.

3. А.с. №227140 СССР. Жаропрочная сталь; заявл. 28.12.84.// Паршин А.М., Карасев Б.Г., Колосов И.Е., Васильков Н.Е., Саксаганский Г.Н., Звягин В.Б., Фефелов Ю.Г., Прокофьев Ю.Г., Криворук М.И. Опубл.01.10.85.

4. А.с. №279858 СССР. Жаропрочная сталь; заявл. 23.06.87.// Паршин А.М., Звягин В.Б, Колосов И.Е., Теплухин В.Г. Опубл.01.09.87.

5. А.с. №310163 СССР. Высокопрочная радиационностойкая сталь; заявл. 25.04.89.// Паршин А.М., Колосов И.Е., Криворук М.И., Звягин В.Б. Опубл.01.04.90.

6. А.с. №332794 СССР. Аустенитная сталь; заявл. 17.01.91.// Паршин А.М., Балуев А.И., Колосов И.Е., Звягин В.Б. Опубл.01.11.91 .






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.