Аккомодационные процессы в облученной стали 12х18н10т при пластической деформации в температурном интервале «сухого» хранения ОЯТ
DOI:
https://doi.org/10.26577/RCPh.2024.v91.i4.a5Ключевые слова:
аустенитная сталь, пластичность, аккомодация, фрактография, микроструктураАннотация
В данной работе представлено подробное исследование поверхности разрушения образцов нержавеющей аустенитной стали 12Х18Н10Т, подвергнутых кратковременным механическим испытаниям при различных температурах: 24 °С, 350 °С и 450 °С. Образцы для исследования были изготовлены из отработавшего ядерного топлива реактора БН-350.
Исследование выполнено в рамках многоуровневого подхода физической мезомеханики, что позволило глубже понять сложные процессы, происходящие в материале при различных температурных режимах. В частности, проведён тщательный анализ изменения пластичности стали при повышении температуры испытаний, и выявлена важная зависимость этого параметра от условий локализации деформаций. Показано, что снижение пластичности с увеличением температуры испытаний связано с квазиоднородным распределением напряжений в зонах локализации деформаций. Эти зоны локальной концентрации напряжений были вызваны процессами, которые привели к увеличению пористости материала, что, в свою очередь, было обусловлено аккомодационными процессами поворотного типа.
Таким образом, исследование продемонстрировало важность учета локальных изменений в структуре материала, которые могут существенно влиять на его механические свойства при изменении условий эксплуатации. Полученные результаты могут способствовать более глубокому пониманию процессов, происходящих в аустенитных сталях, используемых в экстремальных условиях, и помочь в разработке более надёжных материалов для использования в ядерных и других высоконагруженных системах.
Библиографические ссылки
Konarski P., Cozzo C., Khvostov G., Ferroukhi H. Spent nuclear fuel in dry storage conditions – current trends in fuel performance modeling // Journal of Nuclear Materials. – 2021. – Vol. 555. – Art.No. 153138. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2021.153138
Poinssot C., Toulhoat P., Gras J.-M., Vitorge P. Long term evolution of spent nuclear fuel in long term storage or geological disposal. New findings from the French PRECCI R&D program and implications for the definition of the RN source term in geological repository // Journal of Nuclear Science and Technology. – 2014. – Vol. 39. – P. 473-476. https://doi.org/10.1080/00223131.2002.10875509
Was G. S., Fundamentals of Radiation Materials Science: Metals and Alloys. Second Edition. – Springer New York, 2017.
Metals Handbook: Fractography and Atlas of Fractographs. Volume 9 (8th Edition). – American Society for Metals, 1974.
Балтер М.А., Любченко А.П., Аксенова С.И., Фрактография - средство диагностики разрушенных деталей. – М.: Машиностроение, 1987.
Metals Handbook: Fractography. Volume 12 (9th edition). – ASM International, 1987.
Dikov A.S., Chernov I.I., Kislitsin S.B. Influence of the Test Temperature on the Creep Rate of 0.12C18Cr10NiTi Structural Steel Irradiated in the BN-350 Reactor // Inorganic Materials: Applied Research. – 2018. – Vol. 9(3). – P. 357–360.
Матвиенко Ю.Г., Модели и критерии механики разрушения. – М.: Физматлит, 2006.
Merezhko M. S., Maksimkin O. P., Merezhko D. A., Shaimerdenov A. A., Short M. P. Parameters of Necking Onset during Deformation of Chromium–Nickel Steel Irradiated by Neutrons // The Physics of Metals and Metallography. – 2019. – Vol. 120(7). – P. 716-721.
Jia Xi., Hao K., Luo Zh., Fan Zh. Plastic Deformation Behavior of Metal Materials: A Review of Constitutive Models //Metals. – 2022. – Vol.12. – P. 2077.
Macek W., Robak G., Żak K., Branco R. Fracture surface topography investigation and fatigue life assessment of notched austenitic steel specimens // Engineering Failure Analysis. – 2022. – Vol.135. – Art.No.106121.
Sun Y.T., Kong X., Wang Z.B. Superior mechanical properties and deformation mechanisms of a 304 stainless steel plate with gradient nanostructure // International Journal of Plasticity. – 2022. – Vol.155. – Art.No.103336. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2022.103336
Panin V.E., Polyakov V.V., Syrov G.V. Evolution of mechanisms of plastic deformation in porous metals // Russ Phys J. – 1996. – No.39. – P. 92–96. https://doi.org/10.1007/BF02069250
Liu F., Fa T., Chen P.H., Wang J. T. Steady-state characteristics of fcc pure metals processed by severe plastic deformation: experiments and modelling // Philosophical Magazine A. – 2020. – Vol.100. – P. 62-83. https://doi.org/10.1080/14786435.2019.1671621.
Liu H., Hu R., Xia X., Yu S. Texture Evolution and Plastic Deformation Mechanism of Cold-Drawn Co-Cr-Ni-Mo Alloy // Metals. – 2024. – Vol.14(6). – P.642. https://doi.org/10.3390/met14060642
Панин Е.В., Лихачев В.А., Гриняев Ю.В., Структурные уровни деформации твердых тел. – Н.: Наука, 1985.
Рыбин В.В., Большие пластические деформации и разрушение металлов. – М.: Металлургия, 1986.
Ask A., Forest S., Appolaire B., Ammar K. A Cosserat-phase-field theory of crystal plasticity and grain boundary migration at finite deformation // Continuum Mech. Thermodyn. – 2019. – Vol.31. – P. 1109-1141.
Fressengeas C., Upadhyay M.V. A continuum model for slip transfer at grain boundaries // Adv. Model. and Simul. in Eng. Sci. – 2020. – Vol.7. – Art. No.12. https://doi.org/10.1186/s40323-020-00145-6
He J., Admal N. Ch. Polycrystal plasticity with grain boundary evolution: a numerically efficient dislocation-based diffuse-interface model // Modelling Simul. Mater. Sci. Eng.– 2022. – Vol.30. – Art.No. 025006. https://doi.org/10.1088/1361-651X/ac2f84
Cappola J., Wang J., Li L. A dislocation-density-based crystal plasticity model for FCC nanocrystalline metals incorporating thermally-activated depinning from grain boundaries // International Journal of Plasticity. – 2024. – Vol.172. – Art.No. 103863. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2023.103863
Останина Т.В., Швейкин А.И., Трусов П.В. Измельчение зеренной структуры металлов и сплавов при интенсивном пластическом деформировании: экспериментальные данные и анализ механизмов // Вестник ПНИПУ. МЕХАНИКА. – 2020. – No.2. – P. 85-111. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2020.2.08
Neverov V.V., Zhitnikov P.P. Rotations of material in the shearing plastic deformation of thin layers // Soviet Physics Journal. – 1989. – No.32. – P. 140–143.
Chen B., Zhu L., Xin Y., Lei J. Grain Rotation in Plastic Deformation // Quantum Beam Science. – 2019. – Vol.3(3). – P. 17. https://doi.org/10.3390/qubs3030017
Zhou Y., Wu W., Li J. Heterostructures impacting deformation strengthening processes in QP steels: Investigating the interplay of grain rotation, slip transfer, and back stress strengthening // Journal of Materials Research and Technology. – 2024. –Vol.29. – P. 5340-5353. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.02.225
