Effect of neutron irradiation on the hardness titanium nickelide modified by ions kripton.pdf Создание стойких к воздействию ионизирующих излучений сплавов на основе никелида титана (Ni-Ti) является актуальным вопросом современного материаловедения [1-4]. Ранее [5, 6] установлено, что облучение ионами криптона и ксенона МэВ-энергий является наиболее эффективным методом создания упрочненных нанослоев в образцах Ni-Ti медицинского назначения. Представляет интерес исследование стойкости Ni-Ti с упрочненным покрытием к воздействию нейтронного облучения. Цель работы - исследовать методами измерения микротвердости и электросопротивления влияние нейтронного облучения на свойства Ni-Ti в различном исходном состоянии до и после модификации ионами криптона МэВ-энергий. Методика эксперимента В качестве объектов для реакторных испытаний на радиационную стойкость отобраны образцы Ni-Ti в мартенситно-аустенитном и аустенитном состоянии до и после модификации посредством облучения ионами криптона, которое проводили на ускорителе тяжелых ионов «ДЦ-60» Евразийского университета (г. Нур-Султан, Республика Казахстан) [5]. Параметры облучения: ионы 84Kr15+ c энергией 147 МэВ, флюенс 11019 ион/м2, температура 100 С. Ранее [5, 6] нами показано, что под воздействием облучения ионами криптона при 100 C в образцах Ni-Ti в мартенситно-аустенитном состоянии происходит изменение их фазового состава вследствие протекания радиационного фазового превращения мартенсит → аустенит, т.е. В19' → В2. Облучение нейтронами осуществляли в исследовательском реакторе ВВР-К с низкообогащенным топливом (г. Алматы, Республика Казахстан) в сухом вертикальном канале. Температура облучения не превышала 60 С, флюенс облучения составлял 2.31016 и 1.51015 нейтр./см2 по тепловым и быстрым нейтронам соответственно. Микротвердость (HV) по Виккерсу определяли с использованием микротвердомера «ПМТ-3М». Степень упрочнения оценивали по результатам измерений HV в зависимости от глубины проникновения индентора при приложенной нагрузке в диапазоне (0.098±4.9) Н. При этом толщина измеряемого слоя при каждой нагрузке определялась глубиной отпечатка, а величину HV определяли как среднее значение по 5-7 точкам измерений. Точность измерений HV составляла 3-4 %. Измерения электросопротивления осуществляли компенсационным методом на потенциометре «Р348» при температуре 20 С с использованием четырехэлектродного зонда с прижимными контактами. Точность измерений удельного электросопротивления ±0.005 мкОм•м. Экспериментальные результаты Результаты измерений HV приведены на рис. 1, из которых видно, что величина HV под воздействием нейтронов увеличивается для всех исследованных образцов Ni-Ti, особенно вблизи поверхности, на что указывает невозможность измерения HV при минимальной (10 Г) нагрузке и в большей степени в мартенситно-аустенитном состоянии (рис. 1, а, кривая 2). Хотя величина HV модифицированных образцов Ni-Ti в мартенситно-аустенитном состоянии (рис. 1, а, кривая 3) выше, чем в аустенитном (рис. 1, б, кривая 3), ее средние значения для обоих типов образцов после облучения нейтронами практически близки (рис. 1, а, б, кривые 4). Однако тип кривых при этом кардинально различается. Наблюдаемое уменьшение толщины упрочненного слоя связано с диффузионными процессами, протекающими при повышенной (60 С) температуре нейтронного облучения. Обнаруженный эффект реакторного упрочнения Ni-Ti свидетельствует об образовании упрочняющих радиационно-введенных дефектов. В таблице приведены фазовый состав образцов Ni-Ti, условия нейтронного облучения и данные измерений удельного электросопротивления. Из таблицы видно, что прирост электросопротивления ∆ρ имеет место для всех облученных нейтронами образцов. Наибольшее значение ∆ρ наблюдается для Ni-Ti в аустенитном состоянии, а минимальное - для модифицированного Ni-Ti с исходным аустенитным состоянием. Обратная закономерность прослеживается для дозы нейтронного облучения. Рис. 1. Зависимость микротвердости от глубины индентирования образцов Ni-Ti в мартенситно-аустенитном (а) и аустенитном состоянии (б): кр. 1 и 2 - для исходного образца до и после нейтронного облучения соответственно; кр. 3 и 4 - для модифицированного образца до и после нейтронного облучения соответственно Фазовый состав образцов Ni-Ti, условия нейтронного облучения и данные измерений удельного электросопротивления Фазы Ni-Ti Тмод, С Доза, мкЗв/ч Тн, С ρ, мкОм·м ∆ρ, % До модификации После модификации Мартенсит-аустенит B2, B19', Ni, Ti Исходный 0 0 1.17 0 B2, B19', Ni, Ti Исходный 3000 60 1.468 25.5 B2, B19', Ni, Ti B2 100 0 0 0.763 0 B2, B19', Ni, Ti B2 100 3500 60 0.968 27 Аустенит B2 Исходный 0 0 0.812 0 B2 Исходный 1800 60 1.123 38 B2 B2 100 0 0 0.822 0 B2 B2 100 4000 60 0.972 18 В случае Ni-Ti в мартенситно-аустенитном состоянии для близких значений дозы нейтронов наблюдаются близкие средние значения ∆ρ. Установлено, что незначительное изменение электросопротивления для исходных и модифицированных образцов обусловлено протеканием фазового превращения В19' → В2. Основной вклад в изменение электросопротивления, согласно данным [5-9], связан с радиационно-введен¬ными дефектами. Выводы Для Ni-Ti в различном состоянии до и после модификации ионами криптона МэВ-энергий исследовано влияние воздействия нейтронов, в спектре которых превалируют тепловые нейтроны, на изменения микротвердости и удельного электросопротивления. Установлено, что эффект реакторного упрочнения Ni-Ti и прирост удельного электросопротивления связаны с образованием упрочняемых радиационно-введенных дефектов. Вопросы роли флюенса нейтронов в упрочнении Ni-Ti и сохранении эффекта памяти формы остаются открытыми и будут предметом изучения в дальнейшей работе.

Скачать электронную версию публикации