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The irradiation creep of nickel and AISI 321 stainless steel during 4 MeV proton bombardment

1977; Elsevier BV; Volume: 65; Linguagem: Francês

10.1016/0022-3115(77)90066-6

1873-4820

J.A. Hudson, R.S. Nelson, RJ McElroy,

High-Velocity Impact and Material Behavior

An apparatus has been developed to study the creep of thin metal specimens under tensile stress during bombardment by 4 MeV protons from the Harwell Van de Graaff Accelerator. The specimen is held in a helium atmosphere and the proton beam reaches it through a thin metal window at the end of the accelerator beam line. The proton beam passes through the thin (25 μm) specimen, losing ~1.5 MeV in the process (most of which contributes to heating the specimen) and creating almost uniform radiation damage at the rate of (1–10) × 10−7 displacements per atom per second (dpa s−1). The specimen temperature is monitored by infra-red pyrometry and controlled to ± 0.2°C by additional DC heating via the infra-red pyrometer output to compensate for ion beam fluctuations. The irradiation creep strain of the specimen is continuously measured with a sensitivity of 5 × 10−6 by a linear variable differential transformer. Irradiation times up to about 100h with reasonable beam stability are possible. Results are presented of the irradiation creep behaviour of pure Ni and both solution treated and cold-worked AISI 321 stainless steel bombarded in the temperature range 400–600°C under tensile stresses in the range 20–250 MPa. Un appareil a été développé afin d'étudier le fluage d'échantillons métalliques minces sous constrainte de traction et durant le bombardement par des protons de 4 MeV provenant de l'accélérateur Van de Graaff d'Harwell L'échantillon est maintenu dans une atmosphère d'hélium et le faisceau protonique l'atteint à travers une fenêtre mince métallique à l'extrémité de la ligne du faisceau de l'accélérateur. Le faisceau de protons traverse l'échantillon mince (25 μm), perdant ~1,5 MeV dans ce processus (la plus grande partie de cette énergie perdue contribue à chauffer l'échantillon) et créant des endommagements par radiation presque uniformes à la vitesse de 1 à 10 × 10−7 déplacements par atome et par seconde (dpa s−1). La température de l'échantillon est enregistrée par pyrométrie infra-rouge afin de compenser les fluctuations du faisceau ionique. La déformation de l'échantillon par fluage sous irradiation est mesurée de façon continue avec une sensibilité de 5 × 10−6 par un transformateur différentiel variable linéaire. Des durées d'irradiation atteignant environ 100 h sont possibles tout en ayant une stabilité du faisceau raisonnable. Les résultats du comportement au fluage sous irradiation sont présentés dans le cas du nickel pur et de l'acier inoxydable AISI à la fois mis en solution à haute température et écroui à frois puis bombardés entre 400 et 600°C sous des contraintes de traction de 20 à 250 MPa. Eine Apparatur wurde für Kriechuntersuchungen an dünnen Metallproben unter einer Zugspannung während der Bestrahlung mit 4 MeV-Protonen des Harweller Van-de-Graaff-Beschleunigers entwickelt. Die Probe befindet sich in einer HeAtmosphäre; der Protonenstrahl passiert ein dünnes Metallfenster am Ende, der Beschleunigungsstrecke, durchstrahlt die 25 Mm dünne Probe, verliert bei diesem Prozess etwa 1,5 MeV, wobei der grösste Anteil zur Probenerwärmung führt, und erzeugt eine fast gleichmässige Strahlenschädigung mit einer Rate von 1 bis 10 · 10−7 Verlagerungen pro Atom und Sekunde. Die Probentemperatur wird durch Infrarotpyrometrie überwacht und über den Ausgang des Pyrometers durch zusätzliche Gleichstromheizung auf ± 0,2°C kontrolliert, so dass Ionenstrahlfluktuationen kompensiert werden können. Die Dehnung beim Bestrahlungskriechen der Probe wird durch einen linear variablen Differentialtransformator mit einer Empfindlichkeit von 5 · 10−6 kontinuierlich gemessen. Bestrahlungszeiten sind bis zu etwa 100 h mit einer vernünftigen Strahlstabilität möglich. Ergebnisse werden mitgeteilt zum Bestrahlungskriechverhalten von reinem Ni sowie von lösungsgeglühtem und kaltverformtem rostfreien Stahl AISI 321, der zwischen 400 und 600°C unter Zugspannung zwischen 20 und 250 MPa bestrahlt worden war.