Файл: Герасимов В.В. Материалы ядерной техники учеб. пособие.pdf

препятствуют движению дислокаций, так как при переходе че­ рез границу ни плоскость скольжения, ни вектор Бюргерса не остаются неизменными. Энергия границы зависит от угла, под которым повернуты зерна относительно друг друга. .

Размножение дислокаций. В отожженном металле дислока­ ции располагаются преимущественно по границам зерен и суб­

Пробег одной дислокации через весь кристалл приводит к сдвигу по плоскости скольжения на величину вектора Бюргер­ са. При этом дислокация выходит на поверхность кристалла. Наблюдаемый экспериментально сдвиг на поверхности кри­ сталла на несколько порядков больше величины межатомного расстояния. Имеющихся перед началом деформации дислока­ ций недостаточно, чтобы объяснить такие большие сдвиги по­ следовательным пробегом дислокаций в одной плоскости сколь­ жения. Этот факт приводит к мысли, что в процессе деформи­ рования образуется большое число новых или, как иногда го­ ворят, «свежих» дислокаций. Механизм размножения дислока­ ций в процессе пластической деформации предложен Франком и Ридом.

Источником дислокаций является дислокация, концы кото­ рой закреплены (рис. 3.16). На рис. 3.16, а плоскость чертежа является плоскостью скольжения, содержащей линию дисло­ кации DD'. Приложенные напряжения изгибают линию дисло­ кации в дугу (рис. 3.16, а, б), а линейное натяжение дисло­ кации стремится ее выпрямить. Площадь, охватываемая дугой, является зоной, где сдвиг уже произошел. Под действием уве­ личивающихся приложенных напряжений дислокационная пет­ ля расширяется, охватывая все большую и большую площадь (рис. 3.16, б, в, г). Так как-петля остается закрепленной в точ­ ках DD', она, расширяясь, закручивается вокруг этих точек в

.виде двух симметричных спиралей. При таком закручивании обязательно наступает момент, когда все симметричные спира­ левидные части дислокаций соприкасаются. (Спираль в целом представляет смешанную дислокацию, в то время как исходная дислокация была краевой.) В месте соприкосновения спиралей участки линии дислокаций (касательные к точке соприкосно­ вения) параллельны действующим напряжениям, т. е. это уча­ стки винтовых дислокаций. На участках a, f и f' дислокация имеет краевую ориентацию, а в точках с и с' — винтовую. Вблизи точки С (рис. 3.16, д) в месте соприкосновения спира­ лей винтовые дислокации имеют противоположные знаки и при

соприкосновении они аннигилируют, в результате чего одна дислокация разделяется на две — замкнутую петлю и дислока­ цию DCD', состоящую из двух дуг DC и CD'. Замкнутая дис­ локационная петля не связана с точками закрепления DD'.

Под действием напряжений она может неограниченно рас­ пространяться во все стороны и, если нет другого препятствия,

Рис. 3.16. Механизм размножения дислокации источником Франка — Рида.

выйти на поверхность кристалла. А дислокация DCD', выпрям­ ляясь под действием линейного натяжения, сокращает свою длину и приходит в исходное положение. Если продолжают действовать скалывающие напряжения, дислокация DD' про­ изводит еще одну дислокационную петлю и т. д. Таким спосо­

Упругая энергия искажений кристаллической решетки, связан­ ная с дислокациями, составляет ІО-4—ІО-5 эрг/см или 4—5 эв на атомную плоскость. Благодаря наличию полей упругих на­ пряжений дислокации взаимодействуют между собой, притя­ гиваясь или отталкиваясь. В первом случае может произойти аннигиляция при замыкании положительной и отрицательной дислокаций. При этом экстраплоскости каждой дислокации дают в сумме новую атомную плоскость и нарушение в кри­ сталле ликвидируется. Каждой кристаллической решетке при­

ладает дислокация с вектором Бюргерса 1/2 [111], в г. ц. к. решетке— 1/2 [ПО]. Эти дислокации называются полными и являются наиболее распространенными в указанных ре­ шетках. В результате скольжения полной дислокации не проис­ ходит нарушений в укладке атомов. Решетка сдвинутой части кристалла как бы совмещается сама с собой. Такую трансля­ цию называют тождественной.

♣ 3. 2

Жаропрочность и деформация металлов

В процессе эксплуатации ядерных энергетических установок детали и узлы их подвергаются действию механических напря­ жений. Стремление снизить количество конструкционных мате­ риалов в активной зоне для уменьшения поглощения нейтро­ нов, облегчить вес установок приводит к увеличению напряже­ ний в металле конструкций. Одной из задач конструктора яв­ ляется максимальное уменьшение металлоемкости узлов и из­ делий при сохранении надежности работы установки.

Конструкции атомных установок рассчитывают таким обра­ зом, чтобы при всех эксплуатационных режимах металл рабо­ тал в пределах упругой области. Однако в ряде случаев допу­ скается работа материала в упруго-пластической области. Из­ менение формы, например, твэлов связано с пластической де: формацией. Чрезмерное увеличение напряжений в конструк­ ции, особенно при одновременном воздействии среды, может привести к разрушению материала. Рассмотрим, какие процес­ сы происходят в металле при его деформации и разрушении.

Под действием возникающих в процессе эксплуатации меха­ нических напряжений происходит деформация металла, увели­ чивающаяся с ростом напряжений. Вначале, когда напряжения в металле малы, деформация обратима и практически линейно зависит от нагрузки. При снятии нагрузки деформация исчезает. Такого рода деформацию называют упругой. Изменение разме­ ров при упругой деформации можно связать с обратимым искажением кристаллической решетки. Упругая деформация происходит лишь при нагрузках, не превышающих некоторой определенной величины, называемой пределом текучести (упру­ гости) (сгт) .

При увеличении нагрузки выше от деформация сохраняется при снятии нагрузки. Такая деформация называется пласти- ческой. На диаграмме растяжения величина предела текучести отмечается почти горизонтальным участком кривой, на котором деформация увеличивается без роста нагрузки. Однако в реаль­ ных случаях такой участок не всегда . хорошо выявляется на