Файл: Троицкий О.А. Радиация и прочность твердых тел.pdf

Скачать файл (4,90Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 21.07.2024

Просмотров: 84

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

находящийся в межузлии, выталкивает соседний атом из нормального положения в решетке и сам занимает осво

бодившееся место. Поскольку			энергия	образования м е ж
узел ы-юго	атома	в чистых металлах		или растворах за
мещения	всегда	значительно	больше	энергии образова

ния вакансий, межузельный механизм диффузии в этих объектах имеет второстепенное значение.

Таким образом, наиболее частым должен быть вакансионный механизм диффузии. Эффект Киркендолла подтверждает этот вывод. Неодинаковый поток диффун дирующих компонентов компенсируется потоком вакан сий, что приводит к появлению пористости в материале. Поскольку диффузия имеет, в основном, вакансионный характер, коэффициент диффузии зависит от концентра

ции	вакансии.
	Г Л А В А V
	И З М Е Н Е Н ИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
	ТВЕРДЫХ ТЕЛ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ
	К а к мы уже знаем, деформация твердых тел делится
на	две области — упругую и пластическую. В упругой

области при снятии нагрузок тело возвращается в исход ное состояние и никаких изменений формы не проис ходит.


	В пластической области происходят необратимые про
цессы и тело			может	существенно изменить свои			размеры
и	форму.
	Если рассматривать действие облучения на прочность
и	пластичность твердых тел, то логично					проанализиро
вать		возможное влияние облучения			как на	упругую, т а к
и	на	пластическую		деформацию	тел.
	§ 1. Действие облучения на упругую деформацию
	Основным		эффектом действия		облучения		является

создание внедренных атомов и вакансий. При облучении, как результат большей частью вторичных эффектов, мо гут возникать т а к ж е дислокации. Поскольку внедренный атом и вакансия являются противоположными дефекта ми, они должны влиять на механические свойства твер

дого тела диаметрально	противоположно.
В действительности, так оно и есть. Вакансии и внед
ренные атомы по-разному	влияют на упругую деформа -

д ню решетки. Присутствие внедренных атомов уменьша

ет среднее межатомное	расстояние	в	решетке и тем
самым увеличивает межатомные силы.			Как	следствие
этого, возрастает сопротивление упругому			деформирова
нию решетки. Вакансии	же, напротив,	дают		противопо

ложный эффект, поскольку создают известное «разря жение» в материале.

Несравненно больший вклад, чем вакансии и внедрен ные атомы, в упругую деформацию твердых тел вносят дислокации. Именно с наличием дислокаций связано наиболее заметное изменение упругих констант твердых тел, подвергаемых облучению.

Прежде чем анализировать направление изменения упругих свойств тел при облучении, посмотрим, как из меняется упругость твердых тел от наличия в них легко

подвижных		дислокаций.
Будем рассматривать дислокацию струны,			закрепленной
по концам и движущейся в одной из плоскостей			скольжения
Если	к кристаллу приложено напряжение т,		то дислока
ция	выгнется	и тем самым осуществит элементарный акт

квазиупругой деформации (мы специально применили здесь термин квазиупругой, поскольку дислокации осуществляли обычно пластическую деформацию, а не упругую. Вместе с

тем в данном		случае концы	дислокаций были			закреплены,
и она двигалась как упругая струна).
Итак, в кристалле, к которому				приложено		небольшое
напряжение т,		дислокация упруго изогнется			на	расстояние
а так, как показано на рис. 30 а.							xb
При этом на линию дислокации				действует сила				(где
b — известный		уже вектор Бюргерса). Если			длина		дислока
ционной	линии	в единице объема составляет			Л 0	то	элемен
тарный	акт квазиупругой деформации, вносимый дислокаци
ей, запишется		в виде А0Ьа.	Д л я перехода к макроскопиче
ской картине воспользуемся			лучше	выражением		N0bS,		где

Рис. 30. Изгиб дислокации, закрепленной в различных точках точечными дефектами.

N0 — число	таких дуг	в единице объема и 5 —площадь, ох
ватываемая	каждой из	дуг
Общая	деформация	решетки е0 бЩ . будет являться суммой

истинно упругой деформации є„С т., связанной с изменением межатомных расстояний, и квазиупругой єкв.упр., имеющей дислокационную природу по указанному выше механизму.

Истинную	деформацию	можно		выразить	через закон
Гука, а вместо єкв.упр. подставим ее значение,					приведенное
выше. Тогда	общая деформация		запишется в		виде
	є общ- = =		+	NbS,
где G —модуль упругости.
Из этого	выражения	видно,	что общая		деформация

решетки, помимо её истинных упругих свойств, представ ляемых первым слагаемым, зависит от длины дислока ционных линий или числа дислокационных дуг в единице объема н от величины заметаемой ими площади.

В необлучаемых кристаллах величина свободных уча стков дислокаций определяется точками закрепления, ко торые представляют собой либо узлы при пересечении дислокаций, либо области расположения примесей и то чечных дефектов.

В облученных кристаллах дислокации оказываются за крепленными более жестко, поскольку радиационные точечные дефекты и комплексы из таких дефектов образуют новые цен

тры закрепления. Эти новые центры			закрепления уменьшают
длину свободных сегментов и площадь, заметаемую					одним
сегментом. Однако,	как видно	из	рис.	30 б, число дуг при
этом возрастает Из	приведенного		выше	выражения	следу
ет, что увеличение	числа дуг N	увеличивает общую			упру

гую деформацию, а уменьшение площади, заметаемой одной дугой, наоборот, уменьшает деформацию. Следовательно,

суммарный эффект должен зависеть от				того, какой из фак
торов	окажет более сильное влияние. Оказывается, сначала
облучение уменьшает упругую деформацию, но с ростом						до
зы облучения относительная		разность		модулей	бездефект
ного	и облученного материалов падает. Таким образом, сна
чала	основную роль играет фактор		заметаемый		площади	Sr
а затем начинает преобладать		фактор длины свободного сег
мента	или увеличения числа	дуг	N.

Следовательно, в результате облучения может изме ниться упругая деформация твердого тела или опреде ляющий эту деформацию модуль упругости. На кристал-

л ах	меди,	например,	модуль	упругости		увеличивается?
на	10%. Аналогичные		изменения		наблюдаются		на	дру
гих	типах	кристаллов,	а т а к ж е	на	поликристаллах			раз
личных веществ, при			этом, конечно, величина				эффекта
существенно изменяется.
	Эффект	изменения	модуля	упругости		в результате

облучения может быть анизотропен. Например, в графи


те в плоскостях легкого движения дислокаций					(в плоско
стях базиса) в результате			облучения	модуль	упругости
может увеличиться		в десять раз. 3 цинке радиационные
изменения	модуля	упругости т а к ж е		анизотропны.
Что ж е	представляют		собой новые места		закрепле

ний на линиях дислокаций? Самое простейшее из них — это внедренные атомы и вакансии, которые присоединяв ются к дислокации и.образуют на ней дефекты типа сту пенек. Такие ступеньки препятствуют перемещению ли нии дислокации. В некоторых кристаллах, например, в ионных, существенным являются электрические и упру гие взаимодействия между дислокациями и точечными дефектами.

Облучение может производить дефекты непосредст венно на линиях дислокаций по механизму фокусирую щихся столкновений, на котором мы уже останавлива лись. Однако при произвольной геометрии облучения подавляющая часть дефектов производится равномерно по объему тела и поэтому находится вдали от линий дис локаций. Только небольшая часть дефектов возникает непосредственно на линиях дислокаций. То обстоятель


ство, что при низких температурах происходит				сущест
венное	увеличение модуля	упругости,	свидетельствует
о большой чувствительности		упругих свойств		решетки
д а ж е	к малому количеству	имеющихся	дефектов.

Дополнительное существенное изменение модуляупругости происходит после того, как дефекты, произве денные равномерно но объему, получают возможность двигаться и оседать на линиях дислокаций. Это проис ходит при повышении температуры.

Облучение меди, например, при низких температурах приводит к возрастанию модуля упругости. Последую щее ж е нагревание вызывает дополнительное увеличе ние модуля упругости, т. к. дефекты, созданные в объеме,, двигаются и оседают на дислокациях, образуя новые точки закрепления.

Резюмируя сказанное относительно влияния облу чения на упругую деформацию решетки, следует подчерк нуть, что из двух компонент деформации — истинно упругой и обратимой дислокационной — действию облу чения подвержена в большей мере вторая компонента, которая определяется наиболее важным дефектом кри сталлического строения — дислокацией.

§ 2. Влияние облучения на внутреннее трение

В тесной связи с упругими свойствами кристаллов находится такое важное механическое свойство, как внут реннее трение. По сути дела, мы уже обсудили возмож ное влияние облучения на внутреннее трение в кристал

ле,	поскольку движение	дислокационных сегментов и
•есть	ю т элементарный	акт, который лежит в основе

внутреннего трения твердых тел. Остается только доба вить, что, подобно делению деформаций на упругие и пластические, внутреннее трение разделяют на амплитудонезависимое и амплитудозависимое.

Выше речь шла исключительно об амплитудонезависимом внутреннем трении. Оно возникает, если к кристаллу при


ложено осциллирующее напряжение Р =							P0siit(nl	с достаточ
но	малой	амплитудой			Р0. Общая деформация,			как	и преж
де,	будет	состоять на			упругой деформации решетки				и	обра
тимой дислокационной					деформации.
	Из экспериментов с внутренним трением в последние
годы стало			ясно,	что	модуль	упругости зависит от				квад
р а т а длины			дислокационного			сегмента,	а внутреннее			тре
ние — от		длины		сегмента в		четвертой	степени.		Отсюда
следует,		что при		облучении		решетки	внутреннее		трение