Фурье-стресс-дифрактометр
1 - Замедлитель
2 - Изогнутый нейтроновод
3 - Фурье прерыватель
4 - Прямой нейтроновод
5 - Детекторы обратного рассеяния
6 - 90°-детекторы
7 - Место образца
8 - Система управления экспериментом и накопления данных на базе ПК
9 - Локальная сеть Ethernet для передачи данных
Научный руководитель:
Бокучава Гизо Дазмирович
Тел. +7 (49621) 6-52-73
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Ответственный за установку:
Папушкин Игорь Викторович
Тел. +7 (49621) 6-21-33
e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
Адрес:
Лаборатория нейтронной физики им. И.М. Франка
Объединенный институт ядерных исследований
ул. Жолио-Кюри, 6
141980, г. Дубна, Московская обл., Россия
Исследование внутренних напряжений с помощью дифракции тепловых нейтронов [pdf]
Фурье-дифрактометр ФСД в ЛНФ ОИЯИ [pdf]
Основные направления исследований
Исследование внутренних механических напряжений в материалах имеет как научное, так и прикладное значение.
К научным проблемам обычно относят изучение деформаций и микродеформаций в кристаллических материалах, возникающих при структурных фазовых переходах, деформаций, образующихся в многофазных системах, а также задачу определения размеров кристаллитов и плотности дислокаций и их связи с внутренними напряжениями.
Прикладные исследования имеют целью определение деформаций и напряжений в промышленных изделиях с последующей выработкой технологических рекомендаций. К ним, например, относятся экспериментальное определение остаточных напряжений, возникающих после различных технологических операций (сварки, проката, отжига, закалки и т.д.), деформаций, возникающих под воздействием циклических нагрузок (механических и термических), радиационного облучения (в том числе воздействия нейтронного облучения на мартенситные превращения), гидрогенизации и др.
Быстро расширяющимся кругом задач является также исследование новых типов материалов - композитов, градиентных материалов, армированных систем, металлокерамик, сплавов с памятью формы и т.д. - с целью выявления их пригодности для употребления в тех или иных промышленных изделиях.
Основные характеристики
|
Изогнутый нейтроновод:. |
зеркальный, с покрытием из Ni |
|
длина |
19 м |
|
радиус кривизны |
2864.8 м |
|
Прямой нейтроновод: |
зеркальный, с покрытием из Ni |
|
длина |
5.01 м |
|
Размер нейтронного пучка на месте образца (переменный) |
(0 ÷ 10) ´ (0 ÷ 75) мм |
|
Расстояние замедлитель – образец |
28.14 м |
|
Расстояние прерыватель – образец |
5.55 м |
|
Фурье-прерыватель (диск): |
высокопрочный сплав на основе Al |
|
внешний диаметр |
540 мм |
|
ширина щели |
0.7 мм |
|
число щелей |
1024 |
|
максимальная скорость вращения |
6000 об/мин |
|
максимальная частота модуляции пучка |
102.4 кГц |
|
Ширина импульса тепловых нейтронов: |
водяной замедлитель |
|
в режиме низкого разрешения (TOF) |
340 мкс |
|
в режиме высокого разрешения (RTOF) |
9.8 мкс |
|
Поток нейтронов на образце: |
|
|
- без фурье-прерывателя |
1.8×× 106 нейтронов/см2·с-1 |
|
- с фурье-прерывателем |
3.7×× 105 нейтронов/см2·с-1 |
|
Диапазон длин волн l |
0.9 ÷ 8 Å |
|
Детекторы: |
|
|
2q = 140° (обратного рассеяния) |
6Li, с временной фокусировкой |
|
2q = ± 90° |
ZnS(Ag), с комбинированной электронно-геометрической фокусировкой |
|
Разрешение детекторов Dd/d (при d = 2 Å): |
|
|
2q = 140° |
2.3 × 10−3 |
|
2q = ± 90° |
4.0 × 10−3 |
|
Диапазон по dhkl: |
|
|
2q = 140° |
0.51 ÷ 5.39 Å |
|
2q = ± 90° |
0.63 ÷ 6.71 Å |
(a) (b)
Рис. 1. Дифракционные спектры, измеренные на стандартном образца a-Fe с помощью детектора BS (a) и 90°-детектора ASTRA (b) при максимальной скорости фурье-прерывателя Ωmax = 6000 об/мин. Показаны экспериментальные точки, профильная кривая, рассчитанная по методу Ритвельда, и разностная кривая.
(a) (b)
Рис. 2. (a) Функция разрешения FSD, измеренная при максимальной скорости фурье-прерывателя Ωmax = 6000 об/мин для детектора обратного рассеяния BS (2θ = 140°) и обоих детекторов ASTRA (2θ = ± 90°). (b) Зависимость формы дифракционного пика от максимальной скорости фурье-прерывателя Ωmax.
(a) (b)
Рис 3. (a) Исследуемый образец на гониометре Huber во время эксперимента на фурье-дифрактометре ФСД. Видны: диафрагма на падающем пучке и два радиальных коллиматора на рассеянных пучках для выделения в образце малого рассеивающего объема. (b) Остаточная деформация решетки, измеренная в стандартном образце VAMAS (набор № 1).
(a) (b)
Рис 4. (a) Эволюция дифракционной картины TRIP-композита в зависимости от степени пластической деформации (образец S4, σ = 0 ÷ 1580 МПа). Указаны индексы Миллера основных пиков аустенитной и α'- и ε-мартенситной фаз; (b) Продольная и поперечная деформации, определенные по относительному изменению параметра решетки для аустенитной матрицы TRIP-композита для образцов S1-S4 и керамического образца S5 (100% ZrO2).
Оборудование окружения образца
- 4-хосный (x,y,z,вращение) гониометр "HUBER" для прецизионного перемещения образца;
- два многощелевых радиальных коллиматора с пространственным разрешением 1.8 мм;
- нагрузочная машина LM-29 для изучения образцов под внешней нагрузкой (до 29 кН) и при высоких температурах (до 800°C) в режиме in situ;
- зеркальная печь "MF2000" (комнатная температура < T < 1000 °C);
- автоматизированная диафрагма с переменной апертурой для формирования падающего пучка нейтронов.
(a) (c)
(b) (d)
Рис. 5. (a) Четырехосный гониометр HUBER для точного позиционирования образца (макс. нагрузка 300 кг); (b) дополнительная гониометрическая головка с наклоном ±15 °; (c) Одноосная механическая нагрузочная машина LM-29 (Fmax = 29 kN, Tmax = 800 °C) ), установленная на гониометре HUBER во время эксперимента; (d) Зеркальная печь с водяным охлаждением (P = 1 kW, Tmax = 1000 °C). Показан образец с термопарой во время эксперимента.
Публикации
- Gizo Bokuchava, Correlation RTOF diffractometry at long-pulse neutron source: I. Data acquisition in list-mode, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 2020, Vol. 964, 163770. https://doi.org/10.1016/j.nima.2020.163770
- Gizo Bokuchava, Correlation RTOF diffractometry at long-pulse neutron source: II. Analysis of frequency windows and diffraction peak profiles, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 2020, Vol. 983, 164612. https://doi.org/10.1016/j.nima.2020.164612
- Gizo Bokuchava, Peter Petrov, Study of residual stresses and microstructural changes in Charpy test specimens reconstituted by various welding techniques, Metals, 2020, Vol. 10, Issue 5, 632. https://doi.org/10.3390/met10050632
- Gizo Bokuchava, Neutron Fourier Stress Diffractometer FSD at the IBR-2 pulsed reactor, Crystals, 2018, Vol. 8, 318. http://doi.org/10.3390/cryst8080318
- G.D. Bokuchava, Yu.E. Gorshkova, I.V. Papushkin, S. Guk, R. Kawalla, Investigation of plastically deformed TRIP composites by neutron diffraction and small angle neutron scattering methods, Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2018, Vol. 12, No. 2, pp. 227-232. http://doi.org/10.1134/S1027451018020052
Г.Д. Бокучава, Ю.Е. Горшкова, И.В. Папушкин, С.В. Гук, Р. Кавалла, Исследование пластически деформированных TRIP-композитов методами нейтронной дифракции и малоуглового рассеяния нейтронов, Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2018, № 3, с. 11-17. http://doi.org/10.7868/S0207352818030034 - Gancho Genchev, Nikolay Doynov, Ralf Ossenbrink, Vesselin Michailov, Gizo Bokuchava, Peter Petrov, “Residual stresses formation in multi-pass weldment: A numerical and experimental study”, Journal of Constructional Steel Research, 2017, V. 138, pp. 633–641. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2017.08.017
- G.D. Bokuchava, “Materials microstructure characterization using high resolution time-of-flight neutron diffraction”, Romanian Journal of Physics, 2016, Vol. 61, No. 5-6, pp. 903-925. http://www.nipne.ro/rjp/2016_61_5-6/0903_0925.pdf
- G.D. Bokuchava, I.V. Papushkin, V.I. Bobrovskii, N.V. Kataeva, “Evolution in the Dislocation Structure of Austenitic 16Cr–15Ni–3Mo–1Ti Steel Depending on the Degree of Cold Plastic Deformation”, Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2015, Vol. 9, Issue 1, pp. 44-52. http://doi.org/10.1134/S1027451015010048
Г.Д. Бокучава, И.В. Папушкин, В.И. Бобровский, Н.В. Катаева, “Эволюция дислокационной структуры аустенитной стали Х16Н15М3Т1 в зависимости от степени холодной пластической деформации”, Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2015, № 1, с. 49-57. http://doi.org/10.7868/S020735281501004 - G.D. Bokuchava, A.M. Balagurov, V.V. Sumin, I.V. Papushkin, “Neutron Fourier diffractometer FSD for residual stress studies in materials and industrial components”, Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2010, Vol. 4, Issue 6, pp. 879-890. http://doi.org/10.1134/S1027451010060029
Г.Д. Бокучава, А.М. Балагуров, В.В. Сумин, И.В. Папушкин, “Нейтронный фурье-дифрактометр ФСД для исследования остаточных напряжений в материалах и промышленных изделиях”, Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2010, № 11, с. 9-21. http://elibrary.ru/item.asp?id=15524438 - E.S. Kuzmin, A.M. Balagurov, G.D. Bokuchava, V.V. Zhuk, V.A. Kudryashev, “Detector for the FSD Fourier diffractometer based on ZnS (Ag) /6LiF scintillation screen and wavelength shifting fiber readout”, J. of Neutron Research, Vol. 10, Number 1 (2002) 31-41. http://doi.org/10.1080/10238160290027748
- G.D. Bokuchava, V.L. Aksenov, A.M. Balagurov, V.V. Zhuravlev, E.S. Kuzmin, A.P. Bulkin, V.A. Kudryashev, V.A. Trounov, “Neutron Fourier diffractometer FSD for internal stress analysis: first results”, Proc. of the Int. Conf. on Neutron Scattering (ICNS 2001), 9-13 September 2001, München, Germany. Applied Physics A: Materials Science & Processing, v.74 [Suppl1] (2002) pp s86-s88. http://doi.org/10.1007/s003390201750