Розподіл атомів вуглецю та азоту в твердих розчинах втілення заміщення на основі заліза та його вплив на фізико-механічні властивості сплавів - Автореферат

Національна академія наук україниРобота виконана в Інституті металофізики ім. Курдюмова НАН України (м. Київ, Україна) та на кафедрі технології матеріалів Рурського університету (м. Захист відбудеться “28 ”грудня 2005 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.168.01 Інституту металофізики ім. Відгуки на автореферат, завірені печаткою організації, у двох примірниках, просимо надсилати за адресою: 03680, ГСП, Київ-142, Інститут металофізики ім.Вуглець та азот належать до базових елементів, що формують два класи конструкційних та інструментальних матеріалів: вуглецеві та азотисті сталі. Якщо тверді розчини на основі системи залізо-вуглець досліджено детально і розробка вуглецевих сталей має давні успішні традиції, то дослідження термодинаміки твердих розчинів системи залізо-азот і механізмів зміцнення азотом почалися лише в 70-х роках минулого століття після відкриття Фрезером і Кубішем [1] аномальної комбінації механічних властивостей азотистих аустенітних сталей, а саме - зростання межі плинності із збільшенням вмісту азоту не супроводжується очікуваним падінням вязкості руйнування. Цей результат означає, що на відміну від легування вуглецем азот в гратці заліза впливає на міжатомну взаємодію так, що окрихчуюча дія міжвузельних атомів до певної міри компенсується і завдяки азоту можна досягти високої міцності при збереженні вязкості і пластичності, що неможливо в вуглецевих сталях. Оскільки вуглець в легованих сталях погіршує корозійну стійкість, заміна вуглецю азотом в легованих сталях дозволяє вирішити проблему конструювання високоміцних нержавіючих аустенітних та мартенситних сталей. Мета дисертаційної роботи полягала в тому, щоб встановити звязок між розподілом міжвузельних атомів та стабільністю сплавів, легованих вуглецем та азотом, і, базуючись на отриманих результатах, запропонувати фізичне обґрунтування легування сталей вуглецем азотом.У вступі показана актуальність теми, мета і задачі дослідження, наукова новизна і практична цінність одержаних результатів, звязок з науковими програмами ІМФ НАН України і особистий внесок здобувача.Було показано, що месбауерівський спектр Fe-C аустеніту складається з двох компонентів - Fe0, FEC (Fe1, Fe2-90), а Fe-N аустеніту складається з трьох компонентів - Fe0, FEN (вклад в який роблять Fe1 та, ймовірно, Fe2-90), Fe2-180. Було показано, що узгодження з експериментальними даними в Fe-N аустеніті можливе лише при умові існування сильної відштовхуючої взаємодії між атоми азоту в першій координаційній сфері, на відміну від Fe-C аустеніту, де сильне відштовхування між атомами вуглецю існує в другій координаційній сфері. Виходячи з аналізу існуючого масиву даних, показано, що необхідні додаткові дослідження в бінарних Fe-C, Fe-N твердих розчинах мартенситу для визначення узгодження між розподілом атомів втілення в аустеніті і мартенситі. Як свідчать отримані результати, спектри зістареного, як і свіжозагартованого Fe-N мартенситу, містять лише компоненти від атомів “чистого” заліза Fe0 і атомів Fe1, що мають один атом азоту в сусідніх міжвузлях. Цей результат стає зрозумілим, якщо взяти до уваги, що тривале старіння Fe-N мартенситу при кімнатній температурі (290 ? 295 К) або короткочасне нагрівання до температури, вищої від цього значення, призводить до утворення a?? фази Fe16N2, яка має в своїй структурі тільки компоненти від атомів Fe0 та Fe1, як і в випадку свіжозагартованого мартенситу (рис.Показано різний характер низькотемпературного старіння Fe-N мартенситу у порівнянні з Fe-C. В Fe-C мартенситі до температур вищих 223 К таке старіння супроводжується зниканням поодиноких атомів вуглецю та їх кластероутворенням, в той час як старіння Fe-N мартенситу до кімнатної температури відбувається без помітних змін. Аналіз показує, що спектр складається із парамагнітної компоненти та феромагнітних секстетів від атомів заліза без атомів втілення в першій координаційній сфері, з одним атомом втілення у найближчому оточенні та від атомів заліза у передвиділеннях, в яких атом заліза має не менше, ніж чотири атоми проникнення найближчими сусідами. На основі цих результатів робиться висновок про існування і в аустенітній, і в феритній фазах сильного відштовхування в межах перших двох координаційних сфер. Запропоновано гіпотезу, згідно якої висока термодинамічна стабільність сплаву Fe-(C N) забезпечується саме за рахунок ефективного блокування пор в межах перших двох сфер від зайняття їх атомами вуглецю та азоту.

Основний зміст роботи