Дослідження впливу водню на мікроструктуру сплавів на основі заліза - Реферат

Водневе окрихчення конструкційних матеріалів є актуальною, і досі не вирішеною проблемою, що гальмує технічний прогрес в галузях, повязаних з експлуатацією машин і механізмів у агресивних середовищах, які зазвичай є наводнюючими. Загострюють цю проблему в останні роки наближення енергетичної кризи і пошук альтернативних джерел енергії, серед яких водень має бути важливим, наприклад в автомобільній промисловості. Проте, при достатньо високому парціальному тиску водню аустенітні сталі також значно погіршують свої механічні властивості.Розглядаються основні гіпотези щодо механізму водневого окрихчення в сталях: 1) декогезійний механізм (наприклад [1, 2]); 2) гіпотеза, повязана із фазовими перетвореннями, що спричинені воднем [3, 4]; 3) гіпотеза підсиленої воднем локалізованої пластичності, яка була розроблена Бірнбаумом та Софронісом [5, 6]. Зокрема наголошено, що найбільш популярна гіпотеза посиленої воднем локалізованої пластичності базується на розрахунках в рамках теорії пружності яка не може бути застосована для аналізу явищ поблизу ядра дислокацій. Другим істотним недоліком „пружного наближення” в гіпотезі посиленої воднем локалізованої пластичності є те, що атом водню не ідентифіковано як елемент в теоретичних розрахунках, так що отримані результати повинні бути прийнятними для будь-якого елемента втілення, наприклад вуглецю або азоту. Проте, якщо явище посиленої азотом локалізованої пластичності аустенітних сталей спостерігається при додержанні відповідних умов деформації, нічого подібного не відбувається в твердих розчинах вуглецю в залізі. В роботі досліджувалась низка твердих розчинів на основі заліза з гцк граткою на базі Fe60Cr15Ni25, в якості легуючих елементів було додано хром, нікель, мідь, алюміній, кремній та марганець.Було досліджено розміщення атомів водню в гцк гратці заліза, густину електронних станів, просторовий розподіл валентних електронів, а також вплив водню на пружні модулі в g-Fe-H твердому розчині. Криві дозволяють визначити рівноважне значення параметру гратки, який відповідає мінімальному значенню повної структурної енергії примітивної комірки. Згідно з цими результатами, шляхом порівняння кривих Естр(V) для Fe-H систем з однаковою концентрацією водню, можна зробити висновок, що атоми водню схильні займати октаедричні позиції втілення, тому що розміщення атомів водню в цих позиціях відповідає меншому значенню повної енергії електронів в порівнянні з цим значенням для тетраедричних позицій. З аналізу результатів випливає, що розчинення водню призводить до збільшення густини станів на рівні Фермі, що, в свою чергу, свідчить про збільшення концентрації електронів провідності. Розчинення водню в гцк залізі призводить до появи максимуму густини електронних станів біля дна d-смуги, в той час як існуючі максимуми в d-смузі гцк заліза зміщуються в напрямку рівня Фермі.досліджується вплив легуючих елементів на міграцію атомів водню, а також механізм снукоподібної релаксації, що викликана воднем, в сплавах на основі заліза з гцк граткою. Висновок стосовно розподілу атомів водню в наводнених аустенітних сталях у вигляді пари атомів, було зроблено в багатьох роботах, проведених Асано та його групою [10]. Відомо, що висновок стосовно механізму снукоподібної релаксації робиться на основі аналізу залежності амплітуди релаксації від концентрації елементів втілення. Вимірюванням внутрішнього тертя та рентгенівської дифракції в роботі показано, що концентраційна залежність в монокристалах з воднем та полікристалах з азотом має лінійний характер, а в полікристалах з вуглецем - квадратичний. З цього випливає, що зерногранична сегрегація вуглецю та водню є причиною того, що частина цих атомів видаляється із твердого розчину і тому вони не роблять внесок в снукоподібну релаксацію, внаслідок чого висота релаксаційного піку зменшується при малих концентраціях елементів втілення, що проявляється в псевдо-квадратичній концентраційній залежності амплітуди релаксації.Збільшення концентрації хрому в сталі Fe60Cr15Ni25 та її легування марганцем та кремнієм, збільшує долю спричиненої воднем e-фази, в той час як легування міддю зменшує її. Слід порівняти вплив легуючих елементів на формування e-мартенситу, що викликане воднем, з їх впливом на енергію дефекту пакування та на електронну структуру сплавів на основі заліза. Таким чином, подібно до того як водень значно знижує енергію дефекту пакування, дестабілізуючи g-фазу та, відповідно, підвищуючи термодинамічну стабільність e-фази, вплив легуючих елементів проявляється у збільшенні або зменшенні впливу водню на дестабілізацію аустеніту, у відповідності із зміною ЕДП, що викликана легуванням. Що стосується впливу водню та легуючих елементів на g®e перетворення в термінах кореляції між енергією дефекту пакування та густиною електронних станів на рівні Фермі, то отримані результати дозволяють стверджувати, що існує обернений звязок між цими величинами при розчиненні водню і легуванні кремнієм, в той час як при легуванні аустенітних сталей хромом, марганцем, мідд

Зміст

Вступ

1 Опис методик. Підготовка до експерименту

2 Вплив водню на електронну структуру та пружні властивості заліза

3 Дослідження впливу легуючих елементів на міграцію атомів водню

4 Дослідження впливу е-фази на механічні властивості наводнених аустенітних сталей

Висновки

Література