Радиационно-стойкие сплавы и сплавы с памятью формы
Радиационно-стойкие сплавы
Развитие ядерной и космической техники предъявило повышенные требования к используемым конструкционным материалам, технологии их производства и контролю работоспособности.
Радиационно-стойкие материалы — материалы, сохраняющие стабильность структуры и свойств в условиях нейтронного облучения.
Материалы под действием облучения испытывают структурные превращения, оказывающие отрицательное влияние в первую очередь на механические свойства и коррозионную стойкость.
Облучение приводит к образованию точечных и линейных дефектов структуры материала. Соударения высокоэнергетических нейтронов вызывают смещения атомов или каскад смещений в решетке в зависимости от количества энергии, передаваемой нейтроном атому металла. Подвергшийся удару нейтроном первый атом, подобно биллиардному шару, ударяя по другим атомам, вызывает в решетке дополнительные смещения. В результате развития каскада смещений образуются объемы с высокой концентрацией вакансий, по периферии окруженные зонами с повышенной плотностью межузельных атомов. Один нейтрон способен создать в алюминии более 6000 вакансий; а-частица при этом создает около 80 вакансий, а протон — 48. Следовательно, из всех видов излучений наиболее опасно нейтронное.
Помимо смещений большие нейтронные потоки за счет своей энергии возбуждают атомы, усиливают их колебания, что сопровождается локальным повышением температуры. Высокие температуры и нейтронное облучение могут вызвать в материале ядерные реакции с образованием гелия, что в свою очередь приводит к появлению газовых пузырей по границам зерен.
|
|
|
Структурные изменения приводят к изменению механических свойств. В результате при температуре ниже температуры рекристаллизации (низкотемпературное облучение) металл упрочняется, но теряет вязкость и пластичность (как при холодной пластической деформации).
В реакторах АЭС коррозионной средой являются вода и водяной пар. В конструкциях, подверженных облучению, используют высоколегированные стали перлитного и аустенитного классов, а также сплавы на основе Zr, Be, АД, Mg. Широкое применение этих сплавов обусловлено их удовлетворительной жаропрочностью и коррозионной стой костью, а также способностью слабо поглощать нейтроны.
Сплавы с памятью формы
При напряжениях, превышающих предел упругости, после снятия нагрузки металл не воспроизводит первоначальную форму и размер. Однако есть сплавы, обладающие «памятью формы». Эти сплавы после пластической деформации восстанавливают свою первоначальную геометрическую форму в результате нагрева. Механизмом, определяющим память формы, является кристаллографическое обратное термоупругое мартенситное превращение, сопровождающееся изменением объема зерна
|
|
|
В исходном состоянии в материале есть определенная (исходная) структура. При деформации (например, изгибе) внешние слои материала вытягиваются, а внутренние сжимаются (средние остаются без изменения). Эти вытянутые структуры — мартенситные пластины. В материалах с памятью формы этот мартенсит термоупругий. При нагреве начинает проявляться термоупругость мартенситных пластин, т.е. в них возникают внутренние напряжения, которые стремятся вернуть структуру в исходное состояние — сжать вытянутые пластины и растянуть сплюснутые. Поскольку внешние вытянутые пластины сжимаются, а внутренние сплюснутые растягиваются, материал в целом проводит автодеформацию в обратную сторону и восстанавливает свою исходную структуру, а вместе с ней — и форму.
В процессе проявления эффекта памяти формы участвуют мартенситные превращения двух видов — прямое и обратное. Соответственно каждое из них проявляется в своем температурном интервале:
Например, слабый эффект памяти формы наблюдается в сплавах системы Fe — Ni (5...20% Ni), у которых температуры обратного мартенситного превращения 200...400 °С.
|
|
|
Наиболее известным сплавом с эффектом памяти формы является мононикелид титана TiNi (за рубежом этот сплав называют — нитинол, название происходит от аббревиатуры NiTiNOL, где NOL — это сокращенное название Лаборатории морской артиллерии США, в которой этот материал был разработан в 1962 г.). Сплав может повторять эффект памяти формы в течение нескольких тысяч циклов, обладает высокой прочностью, коррозионной и кавитационной стойкостью, хорошо поглощает шум и вибрацию.
В настоящее время эффект памяти формы обнаружен более чем у 20 металлических систем: Au — Cd, Си — Zn — Al, Си — Al — Ni, Fe - Мп - Si, Fe - Ni, Си - Al, Си - Mn, Co - Ni, Ni - Al. Сплавы с памятью формы используют для автоматического раскрытия антенн спутников Земли, в автоматических переключателях и датчиках температуры.
Лекция 24
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 909; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!