Пояснення ефекту водню на електронну структуру, особливостей розміщення атомів водню у кристалічній гратці, їх міграції в твердому розчині, фазових перетворень, особливостей пластичної деформації та механічних властивостей наводнених сталей з гцк граткою.
При низкой оригинальности работы "Вплив водню на електронну структуру, фазові переходи та механічні властивості сплавів на основі заліза з гцк граткою", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
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. Більш перспективним є комплексне дослідження, яке б включало спробу зрозуміти вплив водню на міжатомну взаємодію, розподіл водневих атомів в твердому розчині, міграцію атомів водню в кристалічній гратці, спричинені воднем фазові перетворення та їх роль у водневій крихкості, особливості пластичної деформації наводнених матеріалів і лише на заключному етапі вплив перелічених факторів на механічні властивості. Знайти звязок між впливом водню на міжатомну взаємодію і механічними властивостями аустенітних сталей, для чого прояснити ефект водню на електронну структуру, особливості розміщення атомів водню у кристалічній гратці та їх міграцію в твердому розчині, фазові перетворення, особливості пластичної деформації та механічні властивості наводнених сталей з гцк граткою.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]. 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. 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. Це не може бути пояснене внеском лише електронів водню, і, очевидно, відбувається завдяки вищезазначеному зсуву, який обумовлений воднем, електронних станів в напрямку рівня Фермі, що в результаті проявляється в зростанні ГС на рівні Фермі. В четвертому розділі досліджується вплив легуючих елементів на міграцію атомів водню, а також механізм снукоподібної релаксації, що викликана воднем, в сплавах на основі заліза з гцк граткою.Як випливає з ab initio розрахунків, розчинення водню в гцк залізі підвищує густину електронних станів на рівні Фермі, що свідчить про підвищення концентрації електронів провідності. Це означає, що водень підсилює металічний характер міжатомних звязків, що не може бути причиною крихкого руйнування. Роль спричинених воднем фазових перетворень в водневому окрихченні вивчалася за допомогою рентгенівських досліджень, а також аналізу впливу легуючих елементів на енергію дефекту пакування та на механічні властивості.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
1. Показано, що декогезійна гіпотеза є незадовільною для опису водневого окрихчення аустенітних сталей. Як випливає з ab initio розрахунків, розчинення водню в гцк залізі підвищує густину електронних станів на рівні Фермі, що свідчить про підвищення концентрації електронів провідності. Це означає, що водень підсилює металічний характер міжатомних звязків, що не може бути причиною крихкого руйнування.
2. Роль спричинених воднем фазових перетворень в водневому окрихченні вивчалася за допомогою рентгенівських досліджень, а також аналізу впливу легуючих елементів на енергію дефекту пакування та на механічні властивості. Показано, що легування такими елементами як Cr, Si та Mn збільшує кількість e-фази в аустенітній сталі і, в той же час, підвищує опір впливові водню. Легування міддю, алюмінієм і підвищення вмісту нікелю протидіє g®e перетворенню і погіршує опір водневому окрихченню. Таким чином, формування e-фази в аустеніті також не може спричинити окрихчення.
3. Аналіз взаємодії між атомами втілення та заміщення дозволяє зробити висновок, що снукоподібна релаксація в гцк твердих розчинах на основі заліза, легованих вуглецем, азотом або воднем, обумовлена одиночними атомами втілення, що утворюють комплекси з атомами легуючих елементів.
4. Результати щодо впливу легуючих елементів на ентальпію активації міграції атомів водню в аустеніті, свідчать про пряму кореляцію між рухливістю атомів водню та водневим окрихченням.
5. Базуючись на дослідженні щодо впливу водню на електронну структуру та модуль зсуву, запропоновано електронну концепцію підсиленої воднем локалізованої пластичності, згідно із якою розчинення водню призводить до підвищення концентрації електронів провідності, а також до зниження модуля зсуву, що проявляється в підвищенні дислокаційної рухливості, зниженні напруги старту дислокаційних джерел та зниженні відстані між дислокаціями в скупченнях. Це має призвести до локального знеміцнення гратки і до полегшеного формування мікротріщин.
Список литературы
1. S.M. Teus, V.N. Shyvanyuk, V.G. Gavriljuk. On a mechanism of Snoek-like relaxation caused by C, N and H in fcc iron-based alloys // Acta materialia.-2006.-Vol. 54.-P.3773-3778.
2. Teus S.M., Shivanyuk V.N. On a mechanism of relaxation caused by hydrogen in fcc iron-based alloys // Металлофизика и новейшие технологии.- 2006.- №28.- С. 235-243.
3. С.М. Теус, В.Н. Шиванюк, В.Г. Гаврилюк. Индуцированный водородом гцк®гпу фазовый переход в стабильных аустенитных сталях // Металлофизика и новейшие технол.- 2007.- т. 29.- № 6.- С. 805 - 813.
4. С.М. Теус, В.Н. Шиванюк, В.Г. Гаврилюк. Влияние водорода на ориентационную зависимость напряжения течения в аустенитной стали // Металлофизика и новейшие технол.- 2007.- т. 29.- №5.- С. 693 - 700.
5. С.М. Теус, В.Н. Шиванюк, В.Г. Гаврилюк. Влияние водовода на межатомное взаимодействие в железе // Междунар. конф. «Водородная економика и водородная обработка материалов».- Донецк, 2007.- Т.2.- С. 641-645.
6. S.M. Teus, J. Foct, V.G. Gavriljuk. Mechanical behaviour and dislocation structure of hydrogen-charged iron-based single crystals // Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials: VIII International Conference ICHMS’2003, Sudak, Ukraine.- P.230-233.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Oriani R.A., Josephic R.H. Equilibrium aspects of hydrogen-induced cracking of steels // Acta Metall.- 1974.-Vol. 22.- P. 1065.
2. Steigerwald E.A., Schaller F.W., Troiano A.R. Role of stress in hydrogen-induced delayed failure // Trans. Metall. Soc. AIME.- 1960.-Vol. 218.- P. 832.
3. Inoue A., Hosoya Y., Masumoto T. The Effect of Hydrogen on Crack Propagation Behavior and Microstructures around Cracks in Austenitic Stainless Steels // Trans.- 1979.- ISIJ 19.- P. 170.
4. Ulmer D.G., Altstetter C.J. Phase relations in the hydrogen-austenite system // Acta Metall. Mater.- 1993.-Vol. 41.- P. 2235.
5. Birnbaum H.K., Sofronis P. Hydrogen-enhanced localized plasticity : a mechanism for hydrogen-related fracture // Mater. Sci. Eng. A.- 1994.-Vol. 176.- P. 191.
6. Sofronis P., Birnbaum H.K. Mechanics of the hydrogen-dislocation-impurity interactions // J. Mech. Phys. Solids.- 1995.-Vol. 43.- P. 49.
7. Hohenberg P., Kohn W. Inhomogeneous electron gas // Phys Rev B.- 1964.-Vol. 136.- P. 864.
8. Kohn W., Sham L.J. Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects // Phys Rev A.- 1965.-Vol. 140.- P. 1133.
