ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы О природе низкотемпературной хрупкости молибдена из "Молибден в ядерной энергетике " Переход с понижением температуры из пластичного состояния в хрупкое был основным недостатком молибдена на первых этапах освоения его как высокотемпературного конструкционного материала. Этот переход происходит в каком-то интервале температур, но обычно говорят об определенной температуре хрупко-вязкого перехода Тх. Тх принимают равным температуре, при которой какой-либо показатель пластичности металла становится меньше некоторого условного значения. В качестве показателя пластичности, например, в работе [131] используют относительное сужение поперечного сечения образцов при растяжении е. Металл считается хрупким при е 15%. Гх определяют также по изменению относительного удлинения, ударной вязкости надрезанных или ненадрезанных образцов, по углу загиба, стреле прогиба и т. д. [c.37] По современным представлениям переход молибдена в хрупкое состояние связан с присущей ему резкой температурной зависимостью предела текучести, который начинает увеличиваться с возрастающей интенсивностью при температуре ниже 300° С. [c.37] Постепенное увеличение предела текучести, т. е. увеличение сопротивления металла пластической - деформации, приводит к тому, что при температуре хрупкого перехода релаксация внешнего напряжения вследствие инициирования пластической деформации становится менее вероятной, чем вследствие зарождения и развития трещин. В результате металл начинает разрушаться хрупко без заметной предшествующей макропла-стической деформации. [c.37] Согласно работам [147, 156, 186], в очень чистых металлах с о. ц. к.-решеткой напряжение Пайерлса— Набарро может составить значительный вклад в ао. Поскольку напряжение, Пайерлса — Набарро растет с понижением температуры, то он может обусловить температурную зависимость предела текучести [180, 192], причем влияние этого напряжения у металлов VIA группы на рост предела текучести при приближении температуры к абсолютному нулю может быть существенным. [c.38] Атомы растворенных в металле элементов, мигрируя под действием тепловых флуктуаций в кристаллической решетке, перемещаются в неоднородных полях напряжений, создаваемых дислокациями, в места с минимальной энергией. Поле упругих напряжений у краевой дислокации имеет как гидростатическую, так и сдвиговую компоненты у винтовой же — только сдвиговую. Примеси замещения и внедрения во всех типах кристаллических решеток, наиболее распространенных у металлов г. ц. к., гекс. п. у. и о. ц. к., создают гидростатическую деформацию и поэтому взаимодействуют е краевыми дислокациями. Энергия этого взаимодействия, приводящего к конденсации примесных атомов на краевой дислокации и образованию так называемой атмосферы Котрелла, определяется, главным образом различием размеров примесного атома и места, занимаемого им в кристаллической решетке. [c.38] Для примесных атомов замещения, даже при максимальном отличии их размеров от размера атома металла-растворителя, эта разница составляет 10—20%. Например, для циркония, широко используемого для легирования молибдена, она равна 11%. Поэтому энергия взаимодействия примесных атомов замещения с краевой дислокацией относительно невелика и в зависимости от разницы в размерах колеблется от 0,05 до 0,1 эВ [91]. [c.38] При таких обстоятельствах, чтобы инициировать скольжение краевой дислокации, на которой образовалась атмосфера Котрелла при низких температурах, когда диффузионная подвижность примесных атомов мала, необходимо дополнительное напряжение для вырывания дислокации из примесной атмосферы. [c.39] Это приводит снова к увеличению энергии кристалла. [c.39] Естественно, что снижение энергии кристалла при упорядочении расположения примесных атомов внедрения в полях сдвиговых напряжений дислокаций также повышает напряжение, необходимое для инициирования их движения. При движении дислокации она может взаимодействовать и со статистически распределенными примесными атомами, искажающими кристаллическую решетку металла-растворителя. В этом случае йроисходит так называемое взаимодействие по Флейшеру, также повышающее напряжение скольжения дислокации. [c.39] Каково же влияние примесных атмосфер на температуру хрупкого перехода молибдена Для решения этого вопроса необходимо сопоставление механических свойств образцов молибдена с различной концентрацией примесей внедрения в твердом растворе, которая определяет степень эффективности тормозящего действия всех видов взаимодействий дислокаций с примесными атомами на ее подвижность. [c.40] Концентрацию примесей внедрения в твердом растворе можно изменять двумя путями. Во-первых, можно получать металл с различным содержанием примесей внедрения. Однако справедливость такого подхода, часто применяемого к металлам VIA подгруппы, в том числе и к молибдену, вызывает серьезные возражения. [c.40] Предельная растворимость каждой из примесей внедрения в молибдене при температуре ниже 1000° С меньше 1 10- (см. табл. 1.3). Суш,ествующие способы получения и рафинирования молибдена не позволяют получить металл такой высокой степени чистоты. Поэтому при комнатной температуре даже зоннорафинированный молибден в состоянии, максимально приближенном к равновесному, должен быть двухфазным, т. е. в его структуре наряду с твердым раствором примесей внедрения должны присутствовать и частицы фаз внедрения. [c.40] Таким образом, при варьировании содержания примесей внедрения в реальном металле меняют главным образом содержание фаз внедрения, а не концентрацию примесей внедрения в твердом растворе. В идеальном случае последняя должна всегда оставаться соответствующей предельной растворимости примесей внедрения в молибдене при температуре, ниже которой скорость диффузионных процессов становится исчезающе малой. [c.40] Надежно изменять концентрацию твердого раствора примесей внедрения, растворимость которых в молибдене растет с повышением температуры, можно путем закалки молибдена при различных температурах. [c.40] Контролировать изменение концентрации твердого раствора примесей внедрения при закалке можно, например, методом измерения температурной зависимости внутреннего трения образцов. [c.40] Рассеяние энергии колебаний вследствие перескоков примесных атомов приводит к появлению на кривой температура— внутреннее трение пиков Снука, высота которых над фоном пропорциональна концентрации примесей внедрения в твердом растворе. [c.41] Образцы поликристалличе-ского молибдена, закаленные при 2100—2200° С, обладали исключительно высокой -пластичностью при комнатной температуре. Относительное сужение при испытаниях на растяжение составляло 95%. Повторный нагрев образцов до 850° С не уменьшал их пластичность. Однако нагрев в интервале температур 900—1700°С приводил, с одной стороны, к резкому падению пластичности, а с другой стороны, по данным металлографического анализа к измерениям внутреннего трения, к распаду твердого раствора примесей внедрения. [c.41] Объяснить такое изменение свойств молибдена можно, пред- положив, что процесс распада твердого раствора сильнее влияет на склонность металла к хрупкому разрушению, чем торможение дислокаций вследствие взаимодействия их с примесными атомами внедрения в твердом растворе. [c.42] В молибдене распад твердого раствора начинается, в основном, с сегрегации примесных атомов внедрения на дислокациях, как статистически распределенных в объеме зерен, так и образующих границы зерен и субзерен. Иными словами, он начинается с образования примесных атмосфер Котрелла. [c.42] Образование атмосфер Котрелла можно, по-видимому, рассматривать как образование зон типа Гинье — Престона, сопровождающееся увеличением предела текучести металла и склонности его к хрупкому разрушению за счет торможения этими зонами скольжения дислокаций, не заблокированных взаимодействиями с примесными атомами в твердом растворе. [c.42] Вернуться к основной статье