Studying the mechanisms of radiation-induced embrittlement and deformation swelling of surface layers of NbTi, NbTiV, NbTiVZr alloys used as structural materials for the oil and gas and nuclear industries

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Determining the mechanisms of deformation distortion and softening processes of near-surface layers in alloys, including high-entropy alloys, is one of the priority tasks in modern materials science. Interest in such studies, which require an integrated approach to determining the relationship between accumulated structural distortions and softening processes, is due to the great potential for the use of these alloys in the new generation of nuclear power. In order to assess the resistance of alloys based on NbTi, NbTiV, NbTiVZr compounds to the accumulation of radiation damage, irradiation experiments were carried out at the DC-60 accelerator, taking into account the capabilities of modeling radiation damage, both in the case of single (isolated) areas of damage, and when overlap. The obtained results of the dependences of changes in the structural parameters of the alloys under study depending on the number of components for irradiated samples are direct confirmation of the influence of differences in atomic radii on the resistance to deformation tension during the accumulation of radiation damage. It was found that the NbTiVZr alloy exhibits the smallest structural changes caused by irradiation, which indicates high resistance to deformation distortion and a decrease in strength properties and wear resistance. It has been determined that the main mechanism influencing the loss of wear resistance during tribological friction tests is the deformation distortion of the damaged layer, the magnitude of which determines the degradation of the near-surface layer of the alloys.

About the authors

K. K. Kadyrzhanov

L. N. Gumilyov Eurasian National University

A. L. Kozlovskiy

L. N. Gumilyov Eurasian National University; Atyrau University named after Kh. Dosmukhamedov

Email: Kozlovskiy.a@inp.kz

D. I. Shlimas

L. N. Gumilyov Eurasian National University

G. Zh. Moldabayeva

Satbayev University

References

  1. Microstructures, mechanical properties, and irradiation tolerance of the Ti–Zr–Nb–V–Mo refractory high-entropy alloys / H. Zhang, Z. Zhu, H. Huang. – Text : electronic // Intermetallics. – 2023. – Vol. 157. – URL: https://doi.org/10.1016/j.intermet.2023.107873.
  2. From high-entropy alloys to high-entropy ceramics : The radiation-resistant highly concentrated refractory carbide (CrNbTaTiW)C / M. A. Tunes, S. Fritze, B. Osinger. – Text : electronic // Acta Materialia. – 2023. – Vol. 250. – URL: https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.118856.
  3. Irradiation-Hardening Model of TiZrHfNbMo0.1 Refractory High-Entropy Alloys / Y. Fan, X. Wang, Y. Li. – Text : electronic // Entropy. – 2024. – Vol. 26, Issue 4. – URL: https://doi.org/10.3390/e26040340.
  4. Enhanced plasticity in a Zr-rich refractory high-entropy alloy via electron irradiation / J. Hao, Y. Zhang, Q. Wang. – Text : electronic // Journal of Nuclear Materials. – 2024. – Vol. 590. – URL: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2023.154876.
  5. Interactions between edge dislocation and irradiation dislocation loop in BCC refractory high entropy alloys and the lattice distortion effect on irradiation hardening behavior / J. Li, Y. Zhu, L. Zhao. – Text : electronic // Journal of Alloys and Compounds. – 2024. – Vol. 1002. – URL: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.175286.
  6. A comparative study of irradiation response in amorphous TaTiWVCr refractory high entropy alloy with the counterpart of tungsten films / G. Pu, S. Sun, S. Wang. – Text : electronic // Intermetallics. – 2023. – Vol. 156. – URL: https://doi.org/10.1016/j.intermet.2023.107850.
  7. Review on preparation technology and properties of refractory high entropy alloys / X. Ren, Y. Li, Y. Qi, B. Wang. – Text : electronic // Materials. – 2022. – Vol. 15, Issue 8. – URL: https://doi.org/10.3390/ma15082931.
  8. A quinary WTaCrVHf nanocrystalline refractory high-entropy alloy withholding extreme irradiation environments / O. El Atwani, H. T. Vo, M. A. Tunes. – Text : electronic // Nature Communications. – 2023. – Vol. 14, Issue 1. – URL: https://doi.org/10.1038/s41467-023-38000-y.
  9. On the room-temperature mechanical properties of an ion-irradiated TiZrNbHfTa refractory high entropy alloy / M. Moschetti, A. Xu, B. Schuh. – doi: 10.1007/s11837-019-03861-6. – Direct text // Jom. – 2020. – Vol. 72. – P. 130–138.
  10. Irradiation-induced swelling and hardening in HfNbTaTiZr refractory high-entropy alloy / S. Chang, K. K. Tseng, T. Y. Yang. – Text : electronic // Materials letters. – 2020. – Vol. 272. – URL: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.127832.
  11. Ion irradiation response and mechanical behavior of reduced activity high entropy alloy / M. Sadeghilaridjani, A. Ayyagari, S. Muskeri. – Text : electronic // Journal of Nuclear Materials. – 2020. – Vol. 529. – URL: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2019.151955.
  12. Irradiation resistance in Al x CoCrFeNi high entropy alloys / S. Q. Xia, X. Yang, T. F. Yang. – Text : electronic // Jom. – 2015. – Vol. 67. – URL: https://doi.org/10.1007/s11837-015-1568-4.
  13. In-situ study of heavy ion irradiation induced lattice defects and phase instability in β-Zr of a Zr–Nb alloy / H. Yu, Q. Dong, Z. Yao. – doi: 10.1016/j.jnucmat.2019.05.028. – Direct text // Journal of Nuclear Materials. – 2019. – Vol. 522. – P. 192–199.
  14. Effects of Structural Radiation Disorder in the Near-Surface Layer of Alloys Based on NbTiVZr Compounds Depending on the Variation of Alloy Components / S. G. Giniyatova, K. K. Kadyrzhanov, D. I. Shlimas. – Text : electronic // Crystals. – 2023. – Vol. 13, Issue 11. – URL: https://doi.org/10.3390/cryst13111543.
  15. Zhang, Z. The effects of irradiation on CrMnFeCoNi high-entropy alloy and its derivatives / Z. Zhang, D. E. J. Armstrong, P. S. Grant. – Text : electronic // Progress in Materials Science. – 2022. – Vol. 123. – URL: https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2021.100807.
  16. Phase stability and microstructures of high entropy alloys ion irradiated to high doses / S. Xia, M. C. Gao, T. Yang. – doi: 10.1016/j.jnucmat.2016.08.017. – Direct text // Journal of Nuclear Materials. – 2016. – Vol. 480. – P. 100–108.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».