CC BY
53
УДК 539.67:669.296
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-830-832
ОСОБЕННОСТИ АМПЛИТУДНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ И СТРУКТУРА ОТОЖЖЕННОГО ЦИРКОНИЯ
© А.И. Скворцов, Е.С. Плюснин, А.А. Скворцов
Вятский государственный университет, г. Киров, Российская Федерация, e-mail: [email protected]
Изучена амплитудная зависимость внутреннего трения отожженного циркония. На амплитудной зависимости внутреннего трения выявлена область, обусловленная процессами повышенного рассеяния энергии на границах двойников. Проанализировано влияние двойников на особенности амплитудной зависимости внутреннего трения. Ключевые слова: цирконий; отжиг; амплитудная зависимость внутреннего трения; а-фаза; двойники; механизм внутреннего трения.
Известно, что цирконий используется в атомной энергетике благодаря высоким коррозионным свойствам, малому поперечному сечению захвата тепловых нейтронов, хорошим механическим свойствам и высокой жаропрочности [1-2]. Однако амплитудная зависимость внутреннего трения циркония, ее параметры изучены недостаточно. Из работ по амплитудной зависимости внутреннего трения Zr и его сплавов с № следует отметить работу [3], в которой проведен сравнительный анализ отожженных сплавов системы Zr-Nb по внутреннему трению при низкой амплитуде колебаний и по параметру деформации - пределу упругой циклической деформации. Так как метод амплитудно-зависимого внутреннего трения является структурно-чувствительным, представляет интерес изучение связи структуры циркония с особенностями его амплитудной зависимости внутреннего трения.
Настоящая работа является продолжением, развитием работы [3]. Ее цель - 1) изучение особенностей амплитудной зависимости внутреннего трения отожженного циркония, 2) анализ соответствия выявленных особенностей амплитудной зависимости внутреннего трения его структуре.
Цирконий в виде слитков получали из йодидного циркония путем четырехкратного переплава в электродуговой печи в атмосфере гелия на медном водоохлаж-даемом поду. Для сравнения использовали чистый ниобий, слитки которого получали таким же способом. Слитки ковали в интервале температур 1150-900 °С на прутки диаметром 12 мм с последующим охлаждением на воздухе, что обеспечивало их поликристаллическую структуру. Из прутков точили образцы. Образцы подвергали отжигу в вакууме при 660 °С. Амплитудную зависимость внутреннего трения (АЗВТ) определяли методом затухающих колебаний на крутильном маятнике Вятского государственного университета при испытании цилиндрических образцов с размерами рабочей части: диаметр 5 мм, длина 30 мм. За амплитуду колебаний принята амплитуда на поверхности рабочей части образцов. В качестве характеристики внутреннего трения использовали логарифмический декремент 5 = [1п(у/у„)]/и, где у - амплитуда начала отсчета циклов
крутильных колебаний; уп - амплитуда конца отсчета циклов крутильных колебаний после числа циклов п, соответствующего снижению амплитуды колебаний в 1,25 или 2 раза. Последовательность измерений - от малых амплитуд к большим. Частота колебаний - 1317 Гц. Микроструктуру выявляли на микроскопе «Neo-phot 21» после травления в растворе следующего состава: ОТ 5 мл; НЫ03 45 мл; Н20 50 мл.
Из сравнения АЗВТ отожженых циркония и ниобия на рис. 1 видно следующее. Стабильной ОЦК-структу-ре ниобия соответствует простая по форме АЗВТ, состоящая из двух областей, разделенных пределом упругой циклической деформации уу (рис. 1б). Прямолинейности с небольшим наклоном области I АЗВТ соответствует процесс колебаний дислокаций, амплитуды которых увеличиваются с увеличением амплитуды механических колебаний. Выше уу, т. е. в области II АЗВТ обусловлена усиливающимся с увеличением амплитуды колебаний процессом макропластической деформации.
АЗВТ отожженного циркония отличается от АЗВТ ниобия наличием дополнительной области, на рис. 1а -области II. Эта область АЗВТ начинается при амплитуде ун, являющейся амплитудой начала отклонения области I АЗВТ от прямолинейности. Для формы области II АЗВТ характерна смена вогнутой части выпуклой по мере увеличения амплитуды колебаний.
Принципиальное отличие микроструктуры отожженного циркония от микроструктуры отожженного ниобия состоит в том, что в структуре отожженного циркония имеются двойники. Наличие двойников в структуре отожженного циркония иллюстрирует рис. 2. Данные о наличии двойников в цирконии, находящемся в стабильном состоянии, приведены также в работах [2; 4].
На основании изложенного можно утверждать, что характерная для области II форма АЗВТ отожженного циркония на рис. 1а связана с наличием в нем двойников, а именно, обусловлена, в основном, процессом циклического движения границ двойников, в частности, процессом скольжения вдоль этих границ при механических колебаниях.
2016. Т. 21, вып. 3. Физика
0,3 - б ) /
0,2 - ; J
I \ II /
0,1 -
0 - 1 1
'<у -I п-4
0 5 10 15 20 У - 10
Рис. 1. Амплитудные зависимости внутреннего трения циркония (а) и ниобия (б) после отжига. Римскими цифрами обозначены области АЗВТ, обусловленные различными механизмами (совокупностью механизмов) внутреннего трения
Составляющая АЗВТ отожженного циркония, обусловленная поверхностными явлениями на границах двойников при механических колебаниях, на рис. 1а представлена в виде заштрихованной области и в виде эффекта внутреннего трения АЪЛ при амплитуде колебаний уу. Наклонная пунктирная прямая линия в области II АЗВТ является продолжением области I АЗВТ. Она соответствует, как предполагается, увеличению амплитуд колебания дислокаций в интервале амплитуд механических колебаний от ун до уу.
Рис. 2. Структура циркония после отжига при 660 °С
Выше амплитуды уу, в области III АЗВТ, внутреннее трение отожженного циркония, обусловленное макропластической деформацией, интенсифицируется с увеличением амплитуды механических колебаний (рис. 1а).
Итак, отличительной особенностью АЗВТ отожженного циркония является наличие на ней характерной области, обусловленной при механических колебаниях поверхностными явлениями на границах двойников.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дуглас Д. Металловедение циркония. М.: Атомиздат, 1979. 360 с.
2. Добромыслов А.В., Талуц Н.И. Структура циркония и его сплавов. Екатеринбург: УрО РАН, 1997. 228 с.
3. Скворцов А.И., Плюснин Е.С., Скворцов А.А. Параметры амплитудной зависимости внутреннего трения и твердость отожженных сплавов систем Nb-Zr и Al-Zn // Деформация и разрушение материалов. 2014. № 8. С. 35-39.
4. Козлов Е.А., Литвинов Б.В., Абакшин Е.В. Фазовые превращения и изменение структуры циркония при воздействии сферических ударных волн // Физика металлов и металловедение. 1995. Т. 79. № 6. С. 113-127.
Поступила в редакцию 8 апреля 2016 г.
UDC 539.67:669.296
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-830-832
SPECIFICS OF INTERNAL FRICTION AMPLITUDE DEPENDENCE AND ANNEALED ZIRCONIUM STRUCTURE
© A.I. Skvortsov, E.S. Plyusnin, A.A. Skvortsov
Vyatka State University, Kirov, Russian Federation, e-mail: [email protected]
We studied the amplitude dependence of annealed zirconium internal friction. Section provided by high energy dissipation processes at the twin boundaries has been identified in internal friction amplitude dependence. Twins influence on specific of internal friction amplitude dependence has been analyzed. Key words: zirconium; annealing; internal friction amplitude dependence; a-phase; twins; internal friction mechanism.
REFERENCES
1. Duglas D. Metallovedenie cirkonija. Moscow, Atomizdat Publ., 1979. 360 p.
2. Dobromyslov A.V., Taluc N.I. Struktura cirkonija i ego splavov. Yekaterinburg, Russian Academy of Sciences Ural Branch Publ., 1997. 228 p.
3. Skvorcov A.I., Pljusnin E.S., Skvorcov A.A. Parametry amplitudnoj zavisimosti vnutrennego trenija i tverdost' otozhzhennyh splavov sistem Nb-Zr i Al-Zn. Deformatsiya i razrushenie materialov — Russian metallurgy (Metally), 2014, no. 8, pp. 35-39.
4. Kozlov E.A., Litvinov B.V., Abakshin E.V. Fazovye prevrashhenija i izmenenie struktury cirkonija pri vozdejstvii sfericheskih udarnyh voln. Fizika metallov i metallovedenie — The Physics of Metals and Metallography, 1995, vol. 79, no. 6, pp. 113-127.
Received 8 April 2016
Скворцов Александр Иванович, Вятский государственный университет, г. Киров, Российская Федерация, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры материаловедения и основ конструирования им. Кондратова В.М., e-mail: [email protected]
Skvortsov Aleksander Ivanovich, Vyatka State University, Kirov, Russian Federation, Doctor of Technics, Professor, Professor of Materials Science and Design Basics named after Kondratov V.M. Department, e-mail: [email protected]
Плюснин Евгений Сергеевич, Вятский государственный университет, г. Киров, Российская Федерация, старший преподаватель кафедры материаловедения и основ конструирования им. Кондратова В.М., e-mail: [email protected]
Plyusnin Evgeniy Sergeevich, Vyatka State University, Kirov, Russian Federation, Senior Lecturer of Materials Science and Design Basics named after Kondratov V.M. Department, e-mail: [email protected]
Скворцов Алексей Александрович, Вятский государственный университет, г. Киров, Российская Федерация, кандидат технических наук, доцент кафедры материаловедения и основ конструирования им. Кондратова В.М., e-mail: [email protected]
Skvortsov Aleksey Aleksandrovich, Vyatka State University, Kirov, Russian Federation, Candidate of Technics, Associate Professor of Materials Science and Design Basics named after Kondratov V.M. Department, e-mail: [email protected]
