The effect of irradiation with inert gas and hydrogen ions  on nanohardness of SS316 stainless steel

G. D. Tolstolutskaya National Science Center “Kharkov Institute of physics and technology” 1, Academicheskaya Str., 61108, Kharkov, Ukraine
S. A. Karpov National Science Center “Kharkov Institute of physics and technology” 1, Academicheskaya Str., 61108, Kharkov, Ukraine
G. Y. Rostova National Technical University “Kharkiv Politechnic institute” 21, Frunze str., 61002, Kharkiv, Ukraine
B. S. Sungurov National Science Center “Kharkov Institute of physics and technology” 1, Academicheskaya Str., 61108, Kharkov, Ukraine
G. N. Tolmachova National Science Center “Kharkov Institute of physics and technology” 1, Academicheskaya Str., 61108, Kharkov, Ukraine

Ключові слова: іонне опромінення, наноіндентування, твердість, мікроструктура, нержавіюча сталь

Анотація

Вивчено вплив опромінення газовими іонами (водень, гелій, аргон) на зміну нанотвердості і мікроструктури аустенітної нержавіючої сталі SS316. Зразки опромінювали іонами 15 кеВ/D, 30 кеВ/Не і 1400 кеВ/Ar при різних температурах. Виявлено, що опромінення при кімнатній температурі призводить до утворення в сталі дислокаційної структури незалежно від сорту іонів. Після опромінення стали іонами аргону при 873 К спостерігається утворення бульбашкової структури. Виявлено радіаційно-стимульоване зміцнення сталі більш, ніж в два рази. Встановлено, що основним чинником зміцнення є формування радіаційно-індукованої дислокаційної структури.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Посилання

I.M. Neklyudov, G.D. Tolstolutskaya. Helium and hydrogen in structural materials // Problems of atomic science and technology. Series “Physics of Radiation Damages and Effects in Solids”. 2003, N 3(83), с. 3-14.
L.K. Mansur, T.A. Gabriel, J.R. Haines, D.C. Lousteau. R&D for the Spallation Neutron Source mercury target // J. Nucl. Mater. 2001, v. 296, p.1-16.

P. Vladimirov, А. Moeslang. Irradiation conditions of ADS beam window and implications for window material // J. Nucl. Mater. 2006, v.356, p. 287-299.

G.D. Tolstolutskaya, V.V. Ruzhytskiy, S.A. Karpov, I.E. Kopanets. Features of retention and release of deuterium out of radiation-induced damages in steels // Problems of atomic science and technology. Series “Physics of Radiation Damages and Effects in Solids”. 2009, N 4-1(62), p. 29-41.

W.C. Oliver, G.M. Pharr. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments // J. Mater. Res. 1992, v. 7, N6, р. 1564-1583.
B.S. Sungurov, G.D. Tolstolutskaya, S.A. Karpov, I.Е. Kopanets, V.V. Ruzhytskiy, А.V. Nikitin, G.N. Tolmachova. Deuterium interaction with SS316 austenitic stainless steel // Problems of atomic science and technology. Series “Physics of Radiation Damages and Effects in Solids”. 2015. №2, с. 29-34.

G.N.Tolmachova, G.D.Tolstolutskaya, S.A.Karpov, B.S.Sungurov, R.L.Vasilenko. Application of nanoindentation for investigation of radiation damage in SS316 stainless steel // Problems of atomic science and technology. Series “Physics of Radiation Damages and Effects in Solids”. 2015. №5(99), с. 168-173.

http://www.srim.org/ ASTM E521-96 (2009)

G.S. Was et al. Emulation of neutron irradiation effects with protons: validation of principle // Journal of Nuclear Materials 2002, v.300 p.198–216.

Pharr, G. M., Herbert, E. G., Gao, Y. The indentation size effect: A critical examination of experimental observations and mechanistic interpretations // Annu. Rev. Mater. Res. 2010, N 40, p. 271-292.

W.D. Nix, H. Gao. Indentation size effect in crystalline materials: a law for strain gradient plasticity // J. Mech. Phys. Solids. 1998, v. 46, N 3, p. 411-425.

K. Yabuuchi et al. Evaluation of irradiation hardening of proton irradiated stainless steels by nanoindentation // J. Nucl. Mater. 2014, v. 446, p. 142-147.

Y. Yang et al. Nanoindentation on V-4Ti alloy irradiated by H and He ions // J. Nucl. Mater. 2015, v. 459, p. 1-4.

Y. Takayama, R. Kasada, Y. Sakamoto et al. Nanoindentation hardness and its extrapolation to bulk-equivalent hardness of F82H steels after single- and dual-ion beam irradiation // J. Nucl. Mater. 2013, v. 442, p. S23-S27.

R. Kasada et al. A new approach to evaluate irradiation hardening of ion-irradiated ferritic alloys by nano-indentation techniques // J. Nucl. Mater. At ser. Fusion Eng. Des. 2011, v. 86, p. 2658-2661.

Iost A., Bigot R. Indentation size effect: Reality or artifact? // J. Mater. Sci. 1996, v.31, N 13, p. 3573 - 3577.

J.D. Hunn, E.H. Lee, T.S. Byun, L.K. Mansur. Helium and hydrogen induced hardening in 316LN stainless steel // J. Nucl. Mater. 2000, v. 282, p. 131-136.

H-H. Jin, Ch. Shin, D. H. Kim, K. Hw. Oh, J. H. Kwon. Irradiation induced dislocation loop and its influence on the hardening behavior of Fe-Cr alloys by an Fe ion irradiation // Nucl. Instr. and Meth. In Physics. 2008, v. 266, p. 4845-4848.

P. Dayal, D. Bhattacharyya, W.M. Mook et.al. Effect of double ion implantation and irradiation by Ar and He ions on nano-indentation hardness of metallic alloys // J. Nucl. Mater. 2013, v. 438, p. 108-115.
H.F. Huang et al. TEM, XRD and nanoindentation characterization of Xenon ion irradiation damage in austenitic stainless steels. // J. Nucl. Mater. 2014, v. 454, p. 168-172.