СРАВНЕНИЕ ЭФФЕКТОВ УПРОЧНЕНИЯ СТАЛЕЙ EUROFER97 И ODS EUROFER, ВОЗНИКАЮЩИХ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ
Аннотация
В данной работе методом динамического инструментального индентирования анализировались механические свойства ферритно-мартенситных сталей марок: Eurofer97 и ODS Eurofer (дисперсно-упрочненной оксидами). Исследовались образцы как в исходном состоянии, так и после облучения ионами Fe2+ при температуре 300 °С до флюенса 11016 см-2 . Данные, полученные на нанотвердомере НаноСкан-4D, показали наличие эффекта увеличения твердости приповерхностных слоев на образцах, прошедших процедуру облучения, для обоих типов стали. Экспериментально показано, что для образцов конструкционных сталей твердость слоев, подвергшихся облучению тяжелыми ионами, определяется при углублении индентора до 500 нм, что существенно ниже толщины слоя, в который проникают ионы, составляющего около 2 мкм для данного режима облучения образцов. Такое ограничение по глубине возникает вследствие влияния на твердость пластической зоны под индентором, затрагивающей внутренние слои образца. После проведения испытаний по методу инструментального индентирования металлических образцов возникают пластические валы, искажающие данные о механических характеристиках. С целью коррекции расчетных значений твердости на конфокальном микроскопе Sensofar S Neox сканировалась поверхность образцов. Данные о высоте пластических навалов, возникающих при внедрении алмазной пирамиды в материал, показали, что исходные значения твердости были завышены на 20%. Приняв во внимание специфику процедуры индентирования (учтя навалы), мы показали, что упрочнение облученного образца Eurofer97 составило (0,58±0,06) ГПа и оказалось ниже разницы в твердости облученного и внутреннего слоев образца ODS Eurofer, составившей (0,79±0,08) ГПа.
Литература
You J.H., Visca E., Barrett T., Boeswirth B., Crescenzi F., Domptail F., Fursdon M., Gallay F., Ghidersae B.-E.,
Greunera H., Li M., Mueller A.V., Reiser J., Richou M., Roccella S., Vorpahl C. European divertor target concepts
for DEMO: Design rationales and high heat flux performance. Nucl. Mater. Energy. 2018. V. 16. P. 1-11. DOI:
1016/j.nme.2018.05.012.
Zinkle S.J., Boutard J.L., Hoelzer D.T., Kimura A., Lindau R., Odette G.R., Rieth M., Tan L., Tanigawa H.
Development of next generation tempered and ODS reduced activation ferritic/martensitic steels for fusion energy applications. Nucl. Fusion. 2017. V. 57. N 9. P. 1-17. DOI: 10.1088/1741-4326/57/9/092005.
Shin C.S., Lee B.-S., Choi S., Yoon J.-H., Kim H.G., Ok J.-W., Park J.Y., Kim S.J., Bahng J., Hong J., Lee S.W.,
Won M.-S. Nitrogen ion implantation into various materials using 28 GHz electron cyclotron resonance ion source. Rev. Sci. Instrum. 2016. V. 87. N 2. DOI: 10.1063/1.4932126.
Xu C. Zhang L., Qian W., Mei J., Liu X. The Studies of Irradiation Hardening of Stainless Steel Reactor Internals under Proton and Xenon Irradiation. Nucl. Eng. Technol. 2016. V. 48. N 3. P. 758-764. DOI: 10.1016/j.net.2016.01.007.
Getto E., Sun, K. Monterrosa A.M., Jiao Z., Hackett M.J., Was G.S. Void swelling and microstructure eVution at
very high damage level in self-ion irradiated ferriticmartensitic steels. J. Nucl. Mater. 2016. V. 480. P. 159-176.
DOI: 10.1016/j.jnucmat.2016.08.015.
Krasheninnikov A. V, Nordlund K. Ion and electron irradiation-induced effects in nanostructured materials. J. Appl. Phys. 2010. V. 107. N 7. DOI: 10.1063/1.3318261.
Zhang X. Hattar K., Chen Y., Shao L., Li J., Sun C., Yu K., Li N., Taheri M.L., Wang H., Wang J., Nastasi M. Radiation
damage in nanostructured materials. Prog. Mater. Sci. 2018. V. 96. P. 217-321. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2018.03.002.
Zinkle S.J.J., Was G.S.S. Materials challenges in nuclear energy. ACTA Mater. 2013. V. 61. N 3. P. 735-758. DOI:
1016/j.actamat.2012.11.004.
Zinkle S.J., Snead L.L. Opportunities and limitations for ion beams in radiation effects studies: Bridging critical gaps between charged particle and neutron irradiations. Scr. Mater. 2018. V. 143. P. 154-160. DOI: 10.1016/j.scriptamat. 2017.06.041.
Pandey C., Mahapatra M.M., Kumar P., Saini N. Effect of strain rate and notch geometry on tensile properties and fracture mechanism of creep strength enhanced ferritic P91 steel. J. Nucl. Mater. 2018. V. 498. P. 176-186. DOI: 10.1016/j.jnucmat.2017.10.037.
Milman V.Y., Chugunova I.S., Goncharova V.I., Golubenko A.A. Plasticity of materials determined by the indentation method. Usp. Fiz. Met. 2018. V. 19. N 3. P. 271-308 (in Russian). DOI: 10.15407/ufm.19.03.271.
Xiao X., Yu L. Nano-indentation of ion-irradiated nuclear structural materials: A review. Nucl. Mater. Energy. 2020. V. 22. September 2019. P. 100721. DOI: 10.1016/j.nme.2019.100721.
Kasada R., Takayama Y., Yabuuchi K., Kimura A. A new approach to evaluate irradiation hardening of ionirradiated ferritic alloys by nano-indentation techniques. Fusion Eng. Des. 2011. V. 86. N 9-11. P. 2658-2661.
DOI: 10.1016/J.FUSENGDES.2011.03.073.
Meshcheryakov, V.V., Maslennikov, V.V., Melekesov, E.V. A Dynamic Method of Nanoindentation. Meas Tech . 2017. 60. P. 771–776. https://doi.org/10.1007/s11018-017-1269-1
Xiao X., Chen Q., Yang H., Duan H., Qu J. A Mechanistic Model for Depth-Dependent Hardness of Ion Irradiated Metals. J. Nucl. Mater. 2017. V. 485. P. 80-89. DOI: 10.1016/j.jnucmat.2016.12.039.
Rogozhkin S., Nikitin A., Orlov N. Evolution of microstructure in advanced ferritic-martensitic steels under irradiation: the origin of low temperature radiation embrittlement. MRS Adv. 2017. V. 2. N 21-22. P. 1143-1155.
DOI: 10.1557/adv.2016.657.
