ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Пластическая и термическая обработка монокристаллического молибдена из "Молибден в ядерной энергетике " В настоящее время ведутся работы по изучению возможности создания катодов и анодов ЭГК ядерных ТЭП из монокристаллического молибдена с кристаллографической плоскостью 110 на поверхности эмиттера. Возможность проведения этих работ обусловлена успешным получением крупных монокристаллов молибдена. Поскольку в разрабатываемых проектах ядерных ТЭП [44, 69, 110, 115, 116, 130, 150, 151, 159] рассматривается трубчатая конструкция электрогенерирующих каналов, то одним из возможных путей ее создания из монокристаллов является гибка монокристаллических пластин молибдена ориентации 110 с последующей сваркой в трубы. Второй путь создания монокристаллических трубчатых каналов — это вырезка их непосредственно из крупных монокристаллов ориентации 111 , так как они имеют наибольший набор кристаллографических граней 110 в рабочей плоскости трубы И, наконец, третий путь состоит в получении монокристаллических труб заданных размер0 В непосредственно-при выращивании монокристаллов с выводом на поверхность, трубы плоскости грани 110 . [c.92] Во всех случаях прежде всего необходимо, чтобы на рабочей поверхности катода и анода, была получена и сохранена при изготовлении кристаллографическая плоскость ПО , которая обладает максимальной работой выхода электронов в вакууме. Добиться этого достаточно трудно, так как при пластической деформации, термической обработке и сварке монокристаллов ориентация плоскости может измениться пли не сохраниться. [c.92] Наиболее стабильными конечными ориентациями кристалла при деформации являются те, которые совпадают с основными компонентами текстуры прокатки поликристаллического молибдена 001 110 , 112 110 , 111 110 и 111 112 (в порядке убывания устойчивости) [6]. В данном ряду отсутствует кристаллографическая плоскость 110 . Поэтому получение монокристаллических пластин с ориентацией плоскости 110 достаточно сложная, но осуществимая технологическая задача. [c.93] Пластическая обработка. Монокристаллы молибдена ориентации 110 110 промышленной чистоты, деформированные в кристаллографической плоскости 110 в кристаллографическом направлении 110 , легко разрушаются при прокатке [135, 136J. Ни один из монокристаллов не удалось прокатать с обжатием больше 20%. При такой деформации уширение образцов составляло около 10%. По данным других исследователей [39, 121, 126, 209], монокристаллы молибдена 110 110 прокатывали без разрушения до большей степени деформации. Монокристаллы молибдена ориентации 110 110 , полученные осаждением из газовой фазы [126], выдерживали большую степень деформации, однако по краям деформированного образца наблюдали глубокие трещины. На кривых деформационного упрочнения видно непрерывное возрастание упрочнения при прокатке, причем более значительное по сравнению с деформированными кристаллами других ориентаций 001 110 , 001 100 и 110 100 (рис. 4.8) [121, 126,135,136,209]. [c.93] Монокристалльная структура ориентации 110 110 сохраняется до 10—20%-ной пластической деформации [39, 126, 135, 136], но уже при деформац иИ монокристалла ориентации ПО 110 до 20% возникает сильное искажение кристаллической решетки, приводящее к образованию клубков дислокаций [39, 148]. При дальнейшей деформации при прокатке до 80% образуется двухкомпонентная текстура 111 110 -1--1- 001 100 [140], что свидетельствует о превращении монокристалла в поликристалл. В материале в этом случае создается ячеистая субструктура [39, 148]. При возникновении ячеистой структуры внутренние области ячеек свободны от дислокаций, а границы или стенки ячеек представляют собой протяженные и широкие дислокационные скопления высокой плотности дислокаций. [c.93] Монокристаллы молибдена ориентации 110 001 легко поддавались прокатке при комнатной температуре без разрушения с обжатием до 70% [24, 135, 136]. С ростом степени пластической деформации постепенно увеличивается предельная разориентация субзерен монокристаллов молибдена [24, 39, 40]. [c.94] Таким-образом, при деформации монокристаллов молибдена в плоскости 110 в направлении 110 уже нет монокристалла после пластической деформации более 20%, а в направлении 001 — после 40—50%). [c.95] Монокристаллы молибдена ориентации 001 100 , по одним данным, были хрупкими и ни один из них не удалось прокатать с обжатием более 45% [135]. По другим данным [39], их прокатывали без разрушения до большей степени деформации (см. рис. 4.8). Исходная монокристалльная ориентация 001 100 сохранялась при прокатке до 40% деформации. [c.95] Изменение направления пластической деформации монокристалла с 100 на 110 в той же кристаллографической плоскости 001 привело к тому, что монокристаллы молибдена ориентации 001 110 оказались пластичными при прокатке, выдерживали пластическую деформацию с обжатием до 90% без растрескивания и при значительном обжатии при прокатке (80%) сохраняли первоначальную монокристалльную структуру 001 1Ш [24, 39, 93, 121, 126, 135, 136, 148, 209]. Твердость, полуширина рентгеновских линий увеличиваются только на первых 10—15% деформации, хотя при дальнейшей деформации наблюдается непрекращающаяся фрагментация субструктуры [135, 136]. Дифракционное электронно-микроскопическое исследование показало, относительно равномерное распределение (В объеме деформированного на 80% материала сплетений и клубков дислокаций [39, 148]. [c.95] Термическая обработка. Деформированная (упрочненная) структура монокристаллов является неравновесным, термодинамически неустойчивым состоянием. [c.96] При высоких рабочих температурах ЭГК ТЭП вследствие термически активируемых и диффузионных процессов устраняется структурная метастабильность деформированных монокристаллов и осуществляется переход их к стабильному состоянию. Устранение следов пластической деформации при отжиге, (разупрочнение) происходит вследствие процессов возврата, полигонизации и рекристаллизации [31]. Однако ориентационная зависимость деформационного упрочнения, условия пластической обработки, а также примеси, энергия дефектов упаковки и т. д. существенно влияют на характер процессов разупрочнения, на взаимосвязь полигонизации и рекристаллизации [10, 24, 37, 38, 41, 42, 48, 70, 71, 74—76, 101, 121, 126, 135, 1361. При этом устранение упрочненного состояния монокристаллов вследствие рекристаллизации (т. е. образования высокоугловых границ)—крайне нежелательное явление, так как означает превращение монокристалла -в поликристаллический материал с присущими ему недостатками (см. предыдущий раздел) уменьшение работы выхода электронов, появление эффектов пропотевания жидкого металла через границы зерен и т. д. [10, 71, 126]. [c.96] Таким образом, характер разупрочнения при отжиге, как н деформационного упрочнения при прокатке, монокристаллов молибдена является резко анизотропным. При одинаковой степени деформации и условиях обработки различно ориентированные монокристаллы молибдена могут разупрочняться либо в результате возврата и полигонизации, либо в результате рекристаллизации (при этом частично и полигонизации). Возникающая при отжиге полигональная структура весьма устойчива по отношению к термическому воздействию и сохраняется при длительных отжигах вблизи температуры плавления. Эта полигональная структура не является промежуточной стадией между структурами холодной деформации и рекристаллизации, а отвечает стабильному устойчивому состоянию. При этом наиболее важным является отсутствие высокоугловых границ зерен, с появлением которых связано рекристаллизационное охрупчивание материала и другие эффекты. [c.99] Аналогично, если провести однократный предварительный полигонизационный отжиг при 7 = 0,4 7 л деформированных на 20% монокристаллов молибдена с плоскостью 110 (при строгом соблюдении направления прокатки и равномерности обжатия), то при последующем нагреве до 2300° С в течение 1 ч или при выдержке в течение 400 ч при 1850° С удается избежать рекристаллизации [135, 136]. [c.101] Таким образом, подбором режимов термомеханической обработки и условий деформации можно существенно увеличить размеры пластин из молибдена 110 при сохранении их моно-кристалльности и предотвратить их рекристаллизацию при длительном высокотемпературном отжиге. [c.101] Отметим, что сохранить при отжиге без рекристаллизации исходную структуру монокристалла, прокатанного в неблагоприятной ориентации 110 , можно при облучении его потоком нейтронов [74]. Этот эффект был продемонстрирован на монокристаллах молибдена ориентации 110 001 , деформированных на 44% [74]. [c.101] Стабильность структуры изогнутых монокристаллов при длительном высокотемпературном отжиге наиболее подробно изучена на монокристаллах молибдена с симметричными ориентациями оси изгиба и изгибаемой плоскости относительно оси изгиба 001 110 , 001 100 и 110 110 [96, 101]. [c.101] В зависимости от толщины пластин (1—3 мм) и радиуса изгиба максимальная степень деформации в наружных слоях пластин составляла 7—25%. [c.101] В изогнутых монокристалльных пластинах 001 1Ю даже вблизи точки пла(вления образовавшаяся полигональная структура устойчива, поэтому случаев рекристаллизации не наблюдали. [c.102] Вернуться к основной статье