УДК 621.039.53(06) Гелий и водород в реакторных материалах Е.И. КУПРЕКОВА1, И.П. ЧЕРНОВ1, Ю.И. ЧУМЛЯКОВ2 1Томский политехнический университет, Томск, Россия физико-технический институт, Томск, Россия 2Сибирский ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДА И РЕНТГЕНОВСКИХ КВАНТОВ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИ- И МОНОКРИСТАЛЛОВ АУСТЕНИТНЫХ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ На поли- и монокристаллах аустенитных нержавеющих сталей AISI316, 321, 350 с низкой энергией дефекта упаковки при деформации растяжением проведены исследования влияния электролитического насыщения водородом и последующего облучения рентгеновскими квантами на прочностные свойства, пластичность и характер разрушения сталей. Показано, что легирование водородом приводит к появлению новых особенностей механического поведения кристаллов: к росту предела текучести, увеличению напряжения до разрушения и уменьшению пластичности в поликристаллах; зависимости критических скалывающих напряжений от ориентации оси растяжения монокристаллов; зависимости пластичности монокристаллов от времени насыщения водородом; зависимости характера разрушения кристаллов от времени наводороживания. Облучение поли- и монокристаллов аустенитных нержавеющих сталей рентгеновскими квантами приводит к исчезновению указанных особенностей механического поведения исследуемых материалов. Легирование водородом аустенитных нержавеющих сталей приводит к хрупкому разрушению, что является серьезной практической проблемой. Для выяснения физической природы влияния водорода на механические свойства аустенитных сталей необходимо проведение систематических исследований на поли- и монокристаллах сталей. Такие эксперименты позволят, во-первых, избежать осложнений, связанных с наличием границ зерен в поликристаллах, которые могут приводить к неоднородному распределению водорода между телом зерна и границей; во-вторых, использование монокристаллов позволяет исследовать влияние водорода на ориентационную зависимость критических скалывающих напряжений кр, пластичность и разрушение. До сих пор в литературе такие исследования отсутствуют. В настоящей работе предпринята попытка заполнить этот пробел, и поставлена задача исследовать зависимость предела текучести 0,2 и критических скалывающих напряжений кр от времени насыщения водородом t, установить влияние водорода на температурную зависимость 0,2(Т), кр(Т), выяснить влияние ориентации монокристаллов на кр, уста170 ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 1 УДК 621.039.53(06) Гелий и водород в реакторных материалах новить влияние водорода на характер кривых «напряжение-деформация», пластичность кристаллов и характер разрушения, выяснить принципиальную возможность неравновесного низкотемпературного управления свойствами аустенитных нержавеющих сталей за счет облучения рентгеновскими квантами. В работе впервые экспериментально установлено, что в монокристаллах аустенитных нержавеющих сталей насыщение водородом приводит при 77 К к существенным (в 1,52 раза) эффектам твердорастворного упрочнения. Наводороживание приводит к появлению сильной ориентационной зависимости критических скалывающих напряжений кр: кристаллы [012] ориентации имеют большие значения кр, чем кристаллы [011] ориентации. Ранее такое нешмидовское поведение в ГЦК материалах с водородом не отмечалось. Физическая причина ориентационной зависимости кр в кристаллах с водородом связывается с ориентационной зависимостью величины расщепления a/2<110> дислокаций на частичные Шокли a/6<211>: «мягкие» [011] ориентации с низкими значениями кр соответствуют случаю, когда дислокации увеличивают свое расщепление. В «жестких» [012] ориентациях с высокими значениями кр величина расщепления уменьшается по сравнению с ненагруженным состоянием. Высокое содержание водорода может при 77 К привести к смене механизма деформации от скольжения к двойникованию. Таким концентрациям соответствует стадия уменьшения кр с ростом t. В поликристаллах аустенитных нержавеющих сталей AISI321 наводороживание приводит к росту предела текучести 0,2, увеличению напряжения до разрушения F и коэффициента деформационного упрочнения = d/d, способствует уменьшению пластичности пл по сравнению с состоянием без водорода. Эффект упрочнения водородом усиливается с увеличением концентрации атомов водорода и с понижением температуры испытания до 77 К. После облучения кристаллов с разным содержанием атомов водорода рентгеновскими квантами значения 0,2, F, и пл оказываются близкими. Физическая причина исчезновения зависимости прочностных свойств стали от концентрации атомов водорода после воздействия рентгеновского излучения связывается с возбуждением водородной подсистемы рентгеновскими квантами. Атомы водорода приобретают энергию на порядки большую по сравнению с атомами матрицы и начинают интенсивно выходить из материала. ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 1 171