/>МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Національнийуніверситет «Львівська політехніка»
Кафедра«Технології машинобудування»
Реферат
Дисципліна:фізика металів
“Дослідженнявпливу водню на мікроструктуру сплавів на основі заліза”
Зміст
Вступ
1 Описметодик. Підготовка до експерименту
2 Вплив водню на електронну структуру тапружні властивості заліза
3 Дослідження впливу легуючих елементів наміграцію атомів водню
4 Дослідження впливу е-фази на механічні властивості наводненихаустенітних сталей
Висновки
Література
Вступ
Водневеокрихчення конструкційних матеріалів є актуальною, і досі не вирішеноюпроблемою, що гальмує технічний прогрес в галузях, пов'язаних з експлуатацієюмашин і механізмів у агресивних середовищах, які зазвичай є наводнюючими.Загострюють цю проблему в останні роки наближення енергетичної кризи і пошукальтернативних джерел енергії, серед яких водень має бути важливим, наприклад вавтомобільній промисловості.
Матеріализ гцк кристалічною граткою, зокрема аустенітні сталі, є найбільшводневостійкими, що зазвичай пояснюють меншою водневою проникністю у порівнянніз оцк матеріалами. Проте, при достатньо високому парціальному тиску воднюаустенітні сталі також значно погіршують свої механічні властивості.
Якнеодноразово зазначалось, водневе окрихчення несуттєво залежить від міцностіматеріалів. Наприклад, чисте залізо окричується під дією водню так само яквисокоміцні сталі. Тому аналіз фізичної природи водневої крихкості не можебазуватись лише на дослідженні механічних властивостей. Більш перспективним єкомплексне дослідження, яке б включало спробу зрозуміти вплив водню наміжатомну взаємодію, розподіл водневих атомів в твердому розчині, міграцію атомівводню в кристалічній гратці, спричинені воднем фазові перетворення та їх роль уводневій крихкості, особливості пластичної деформації наводнених матеріалів ілише на заключному етапі вплив перелічених факторів на механічні властивості.
Аустенітністалі, відомі чудовим поєднанням механічних і електрохімічних властивостей, єнайбільш слушним об'єктом для таких досліджень, що повинні закласти фізичніоснови для розробки конструкційного матеріалу з підвищеним опором водневійкрихкості.
1 Опис методик. Підготовка до експерименту
Розглядаютьсяосновні гіпотези щодо механізму водневого окрихчення в сталях: 1) декогезійний механізм(наприклад [1, 2]); 2) гіпотеза, пов’язана із фазовими перетвореннями, щоспричинені воднем [3, 4]; 3) гіпотеза підсиленої воднем локалізованоїпластичності, яка була розроблена Бірнбаумом та Софронісом [5, 6]. Аналізуютьсяпозитивні та негативні моменти кожної із гіпотез.
Зокреманаголошено, що найбільш популярна гіпотеза посиленої воднем локалізованоїпластичності базується на розрахунках в рамках теорії пружності яка не можебути застосована для аналізу явищ поблизу ядра дислокацій. Другим істотнимнедоліком „пружного наближення” в гіпотезі посиленої воднем локалізованоїпластичності є те, що атом водню не ідентифіковано як елемент в теоретичнихрозрахунках, так що отримані результати повинні бути прийнятними для будь-якогоелемента втілення, наприклад вуглецю або азоту. Проте, якщо явище посиленоїазотом локалізованої пластичності аустенітних сталей спостерігається придодержанні відповідних умов деформації, нічого подібного не відбувається втвердих розчинах вуглецю в залізі. Описані методики, за допомогою яких булипроведені дослідження, та матеріали, що досліджувалися. В роботі досліджуваласьнизка твердих розчинів на основі заліза з гцк граткою на базі Fe60Cr15Ni25, в якостілегуючих елементів було додано хром, нікель, мідь, алюміній, кремній тамарганець. Також використовувалися монокристали сталі Fe64Cr18Ni8Mn10 та Fe71.8Cr18Ni10N0.2. Зразки малиформу дроту, фольг та пластин.
Насиченнязразків воднем відбувалося електролітичним методом. В якості анодувикористовувалася платинова фольга, в той час як зразок був катодом. В якостіелектроліту використовувався однонормальний розчин H2SO4 з додаванням 0.01 г/л NaAsO2. Поверхнева густинаструму наводнювання варіювалася від 5 до 50 мA/cм2 з метоюотримання різних концентрацій водню.
Ab initio розрахунки щодовпливу водню на електронну структуру, просторовий розподіл електронної густинита модулю зсуву виконано за допомогою програмного пакету Wien2k, що базується натеорії функціоналу густини Кона-Хохенберга-Шема [7, 8].Для дослідження фазовогоскладу зразків було використано рентгенівський дифрактометр Huber з однокружним Q-2Q гоніометром та Fe Ka випромінюванням.
Вимірюваннямеханічних властивостей проводилося на розривній машині Н5-К-Т, фірми Hounsfield.
Вимірюваннявнутрішнього тертя матеріалів проводилось на установці, що була сконструйованав Інституті металофізики ім.Г.В. Курдюмова. Діапазон частот, на яких знімалисьтемпературні залежності, знаходився в межах 0.8 – 3.5 Гц. Температури вимірюваннязмінювалися від 77 до 450 K.
2 Вплив водню наелектронну структуру та пружні властивості заліза
Булодосліджено розміщення атомів водню в гцк гратці заліза, густину електроннихстанів, просторовий розподіл валентних електронів, а також вплив водню напружні модулі в g-Fe-H твердому розчині. Вважається, що всі дослідженісистеми, мають гцк гратку заліза. Втілені атоми водню, в різних концентраціях,розміщувалися в тетраедричних (FeH, FeH2) або октаедричних (FeH, Fe4H) позиціях в гцккристалах. В першу чергу, за допомогою моделювання дисторсії гратки, було знайденорівноважні параметри граток в системах Fe-H. Після ітераційногопроцесу самоузгоджених розрахунків було отримано криві залежності структурноїенергії Eстр(V) від об’єму примітивної комірки як для чистогозаліза, так і для Fe-H систем.
Криві дозволяютьвизначити рівноважне значення параметру гратки, який відповідає мінімальномузначенню повної структурної енергії примітивної комірки. Величини рівноважнихпараметрів граток та повної структурної енергії на примітивну коміркупредставлені в Таблиці 1. Згідно з цими результатами, шляхом порівняння кривих Eстр(V) для Fe-H систем з однаковоюконцентрацією водню, можна зробити висновок, що атоми водню схильні займатиоктаедричні позиції втілення, тому що розміщення атомів водню в цих позиціяхвідповідає меншому значенню повної енергії електронів в порівнянні з цимзначенням для тетраедричних позицій.
Повнагустина електронних станів для систем Fe-H розраховувалася із використанням методумодифікованого тетраедра. З аналізу результатів випливає, що розчинення воднюпризводить до збільшення густини станів на рівні Фермі, що, в свою чергу,свідчить про збільшення концентрації електронів провідності. Ці результатиузгоджуються з експериментальними даними [9].
Розчиненняводню в гцк залізі призводить до появи максимуму густини електронних станівбіля дна d-смуги, в той час як існуючі максимуми в d-смузі гцк залізазміщуються в напрямку рівня Фермі. Можливо цей зсув електронних станів і даєвнесок в спричинене воднем підвищення густини електронних станів на рівніФермі.
Таблиця 1
РозрахованізначенняКонфігурація системи Параметр гратки, Е ГС на рівні Фермі, стани/(RyЧкомірку)
Повна структурна енергія Eстр, Ry/комірку
Модуль зсуву, C44, ГПa гцк Fe 3.4577 6.90 -1.84 279 FeH (октаедричні позиції) 3.6732 8.2 -2.734 186
Fe4H (октаедричні позиції) 3.5253 7.06 -2.1133 229 FeH (тетраедричні позиції) 3.7967 10.59 -2.6407 189
FeH2(тетраедричні позиції) 4.1455 21.51 -3.4296 104
Розрахункипросторового розподілу електронної густини свідчать про те, що часткаелектронів провідності зростає в порівнянні з чистим залізом. Це не може бутипояснене внеском лише електронів водню, і, очевидно, відбувається завдякивищезазначеному зсуву, який обумовлений воднем, електронних станів в напрямку рівняФермі, що в результаті проявляється в зростанні ГС на рівні Фермі. Це такожозначає, що водень підвищує концентрацію електронів провідності завдяки їхпереходу з більш глибоких рівнів. З цих розрахунків випливає, що атоми воднюпритягують до себе частину електронної густини з атомів заліза і тому переміщуютьсяпо кристалічній гратці в оточенні хмар валентних електронів (електронівпровідності).
Отриманірезультати свідчать про те, що водень обумовлює послаблення Fe – Fe зв’язків. Але цене є підтвердженням декогезійної гіпотези, тому що спричинене воднем посиленняметалічної складової зв’язку, через збільшення концентрації електронівпровідності, не може бути причиною крихкого руйнування.
Модульзсуву с44 розраховувався шляхом моделювання трьох видів деформацій:об’ємне розтягнення – стискання, тетрагональні та ромбоедричні дисторсії.Результат розрахунків представлено в Таблиці 1. Видно, що водень зменшуєзначення с44. Обумовлене воднем зменшення модулю зсуву повиннозменшувати такі величини як напруга старту дислокаційних джерел, що полегшуєрозмноження дислокацій під дією прикладеного навантаження, лінійний натягдислокацій, що підвищує їх рухливість, а також відстань між дислокаціями вскупченнях, що призводить до збільшення числа дислокацій в плоскому скупченніі, відповідно, навантаження на провідну дислокацію.
3 Дослідженнявпливу легуючих елементів на міграцію атомів водню
досліджуєтьсявплив легуючих елементів на міграцію атомів водню, а також механізмснукоподібної релаксації, що викликана воднем, в сплавах на основі заліза з гцкграткою. Висновок стосовно розподілу атомів водню в наводнених аустенітнихсталях у вигляді пари атомів, було зроблено в багатьох роботах, проведенихАсано та його групою [10]. Зелінський [11] припускав, що атоми заміщення біляатомів водню, замість водневої пари, можуть відповідати за некубічну дисторсію,яка необхідна для снукоподібної релаксації. Це питання вивчалося в роботі у порівняннііз релаксацією Снука, що спричинена атомами вуглецю та азоту, котрі є іншимиважливими елементами втілення в аустенітних сталях і розподіл котрих в залізі згцк граткою достатньо добре досліджено. Відомо, що висновок стосовно механізмуснукоподібної релаксації робиться на основі аналізу залежності амплітудирелаксації від концентрації елементів втілення.
Нанаш погляд, розбіжності пов’язані з тим, що всі дослідження проводилися наполікристалічних зразках і таким чином ігнорувалася схильність різних елементіввтілення до зернограничної сегрегації. Відомо, що водень та вуглець маютьпідвищену схильність до зернограничної сегрегації, в той час коли азот такоїсхильності не виявляє. Вимірюванням внутрішнього тертя та рентгенівськоїдифракції в роботі показано, що концентраційна залежність в монокристалах зводнем та полікристалах з азотом має лінійний характер, а в полікристалах звуглецем – квадратичний. З цього випливає, що зерногранична сегрегація вуглецюта водню є причиною того, що частина цих атомів видаляється із твердого розчинуі тому вони не роблять внесок в снукоподібну релаксацію, внаслідок чого висотарелаксаційного піку зменшується при малих концентраціях елементів втілення, щопроявляється в псевдо-квадратичній концентраційній залежності амплітудирелаксації. Отримані результати однозначно свідчать про те, що снукоподібнарелаксація в наводнених аустенітних сталях обумовлена одиночними атомами водню,не парами, що відрізняється від прийнятої точки зору щодо розподілу водню якН-Н пар в гцк сплавах на основі заліза.
Такожбуло досліджено вплив легуючих елементів на ентальпію активації міграції атомівводню в гцк сплавах на основі заліза. Для досягнення цієї мети було використанометод внутрішнього тертя і досліджувався частотний зсув снукоподібнихрелаксаційних піків. Приклад отриманих спектрів представлено на
Заналізу спектрів випливає, що снукоподібна релаксація характеризується двомапіками H1 та H2, які маютьоднакове значення ентальпії активації але відрізняються значеннями пре-експоненційногофактору, що пояснюється явищем «замороженого» розщеплення релаксаціїорторомбічного дефекту. Отримані значення ентальпії активації міграції атомівводню, в залежності від легування, наведені в Таблиці 2.
Таблиця 2
Ентальпіяактивації міграції воднюта значення пре-експоненційного факторуСплав
H1, еВ
H2, еВ
t0(H1), с
t0(H1), с Fe-Cr15Ni25 0.544±0.002 0.543±0.003
8.23·10-12
2.49·10-13 Fe-Cr15Ni40 0.496±0.002 0.495±0.002
1.43·10-11
8.42·10-13 Fe-Cr25Ni25 0.589±0.001 0.590±0.001
4.67·10-13
6.58·10-14 Fe-Cr15Ni25Cu2 0.517±0.002 0.516±0.001
7.53·10-12
8.77·10-13 Fe-Cr15Ni25Al2 0.555±0.002 0.557±0.002
7.62·10-13
4.68·10-14 Fe-Cr15Ni25Si2 0.563±0.001 0.562±0.001
7.04·10-13
5.02·10-14 Fe-Cr15Ni25Mn15 0.567±0.002 0.567±0.002
9.69·10-13
4.24·10-14
З цихрезультатів випливає, що легуючі елементи суттєво впливають на міграцію атомівводню. Ni та Cu зменшують ентальпію міграції, в той час як Cr, Al, Si та Mn збільшують її. Отже,можна зробити висновок, що такі елементи як нікель та мідь підвищуютьрухливість атомів водню, в той час коли інші легуючі елементи зменшують її.
4 Дослідження впливу е-фази на механічні властивості наводненихаустенітних сталей
В стабільнихаустенітних сталях, що не схильні до фазових перетворень при будь-якихзначеннях деформації або охолодженні до низьких температур, водень призводитьдо гцк®гщу перетворення. Сформована e-фаза зазвичайрозглядається як причина водневої крихкості в стабільних аустенітних сталях.Через те, що дефекти пакування в гцк гратці мають гщу структуру, природношукати причину обумовленої воднем нестабільності аустеніту в його впливі наенергію дефекту пакування (ЕДП).
Дослідженняметодом рентгенівської дифракції було використано для того, щоб визначитифазовий склад та відношення e/g в наводненихсталях. Результати обробки експериментальних даних представлено в Таблиці 3.
Наоснові отриманих експериментальних даних можна зробити висновок, що розчиненняводню призводить до формування e-мартенситу та додилатації кристалічної гратки g-фази. Збільшенняконцентрації хрому в сталі Fe60Cr15Ni25 та її легуваннямарганцем та кремнієм, збільшує долю спричиненої воднем e-фази, в той час як легування міддю зменшує її. Збільшенняконцентрації нікелю до 40% або легування алюмінієм, чинить опір g®e переходу.
Таблиця 3
Вплив легуючихелементів на відносну кількість e-фазиСплав Відношення Fe-Cr15Ni25 0,1651 Fe-Cr15Ni40 Fe-Cr25Ni25 0,3423 Fe-Cr15Ni25Al2 Fe-Cr15Ni25Cu2 0,1390 Fe-Cr15Ni25Si2 0,2093 Fe-Cr15Ni25Mn15 0,2390
Слідпорівняти вплив легуючих елементів на формування e-мартенситу, що викликаневоднем, з їх впливом на енергію дефекту пакування та на електронну структурусплавів на основі заліза. Відомо, що хром, марганець та кремній знижуютьзначення енергії дефекту пакування, що проявляється в розщепленні дислокацій ваустенітній сталі. Нікель, мідь та алюміній діють в протилежному напрямку шляхомзбільшення ЕДП та зниження ймовірності утворення дефектів пакування ваустеніті. Таким чином, подібно до того як водень значно знижує енергію дефектупакування, дестабілізуючи g-фазу та, відповідно,підвищуючи термодинамічну стабільність e-фази, впливлегуючих елементів проявляється у збільшенні або зменшенні впливу водню надестабілізацію аустеніту, у відповідності із зміною ЕДП, що викликаналегуванням. Що стосується впливу водню та легуючих елементів на g®e перетворення в термінахкореляції між енергією дефекту пакування та густиною електронних станів нарівні Фермі, то отримані результати дозволяють стверджувати, що існує оберненийзв’язок між цими величинами при розчиненні водню і легуванні кремнієм, в тойчас як при легуванні аустенітних сталей хромом, марганцем, міддю, алюмінієм танікелем має місце пряма кореляція.
Розщепленнядислокацій залежно від величини ЕДП відіграє визначальну роль у пластичнійдеформації матеріалів, характері дислокаційної структури, що формується, імеханічних властивостях деформованого матеріалу. Оскільки водень значно зменшуєЕДП, було проаналізовано вплив водню на орієнтаційну залежність пластичноїтечії в аустенітній сталі. Невід’ємною особливістю дислокаційної структуридеформованих гцк кристалів, є їх орієнтаційна залежність, яка виникає черезвплив прикладених навантажень на дислокаційне розщеплення. Оскільки вектори Бюргерапровідної і замикаючої часткових дислокацій (a/6) по-різномуорієнтовані відносно діючої напруги в площині ковзання, виникає додатковерозщеплення або звуження повної дислокації (a/2) залежновід орієнтації гцк кристалу відносно прикладеної напруги. Як наслідок, придеформації розтягом орієнтації кристалів та відповідають додатковому розщепленню дислокацій, а орієнтація — звуженню. Через зменшення напруги, необхідної для ковзання розщепленихдислокацій, перші дві називаються „м'якими” орієнтаціями, а остання –„жорсткою” орієнтацією.
Видно,що в ненаводнених кристалах отримані криві напруга-деформація узгоджуються з очікуваними,в той час як водень разюче змінює орієнтаційну залежність механічної поведінкимонокристалів.
Отриманірезультати можуть бути поясненими, якщо прийняти до уваги, що розчинення воднюпризводить до зниження термодинамічної стабільності гцк гратки заліза, щообумовлює g®e фазовеперетворення. Додаткове розщеплення дислокацій, під час розтягу кристалу вздовж«м’якої» та орієнтацій сприяє формуванню e-фази, в той часяк звуження дислокацій в кристалах з «жорсткою» орієнтацією повинноперешкоджати спричиненому воднем g®e перетворенню. Використовуючи рентгенівську дифракцію, показано,що зміна в характері орієнтаційної поведінки відбувається через спричиненеводнем формування e-мартенситу при деформації розтягом вздовжнапрямків та , що супроводжується зміцненням сталі в цихнапрямках, в той час як при деформації вздовж напрямку e-мартенсит невиявлено.
Також,для дослідження впливу легуючих елементів на механічні властивості наводненихсталей та вияснення ролі e-фази в водневійкрихкості було проведено механічні випробування сталей. Результат дослідження.Розраховані результати наведені в Таблицях 4, 5.
Таблиця 4
Механічнівластивості ненаводнених зразківСплав
0.2 ± 5, МПa
B± 5, MПa % Fe-Cr15Ni25 125 378 29 Fe-Cr15Ni40 147 442 45,2 Fe-Cr25Ni25 205 481 27,3 Fe-Cr15Ni25Cu2 131 374 32,1 Fe-Cr15Ni25Al2 203 468 33,6 Fe-Cr15Ni25Si2 136 351 28 Fe-Cr15Ni25Mn15 153 386 27,3
Видно,що наводнення призводить до зростання границі плинності та до значного зниженняпластичності, що узгоджується з існуючими експериментальними даними. Легуючіелементи по-різному впливають на пластичність наводнених та ненаводненихсталей. В ненаводненій сталі нікель підвищує пластичність. Наводненняпризводить до протилежного ефекту і підвищує крихкість при збільшенніконцентрації нікелю. e-Фаза не утворюється всталі з високим вмістом нікелю і цей факт підтверджує те, що e-фаза не єпричиною водневого окрихчення. Такі елементи як кремній та марганець підвищуютьопір до водневої крихкості, незважаючи на утворення e-фази.
Таблиця 5
Механічнівластивості наводнених зразківСплав
0.2 ± 5, MПa
B ± 5, MПa , % ВО, % Fe-Cr15Ni25 211 228 1,6 94,5 Fe-Cr15Ni40 192 195 0,34 99,2 Fe-Cr25Ni25 276 379 10,1 63,0 Fe-Cr15Ni25Cu2 199 212 1 96,9 Fe-Cr15Ni25Al2 297 350 1,67 95,0 Fe-Cr15Ni25Si2 260 291 4,4 84,3 Fe-Cr15Ni25Mn15 274 316 5,5 79,9
Отриманірезультати свідчать про те, що e-фаза, спричиненарозчиненням водню в сталі, не може бути причиною водневої крихкості.
Затуханнязалежить від амплітуди деформації після досягнення нею деякого критичногозначення. Наводнення призводить до зменшення величини напруження, а також до зростаннянахилу амплітуднозалежної частини кривої. Після дегазації водню, крива стаєтакою ж як до наводнення, за виключенням невеликого збільшення величини фонувнутрішнього тертя в усьому діапазоні деформації. Однак нахил кривої післядегазації залишається таким самим як і у випадку ненаводненого зразка, що говоритьпро те, що збільшення нахилу відбувається не через дефекти, які спричиненіводнем. Пояснення спричиненого воднем зниження напруження, при якому внутрішнєтертя стає залежним від амплітуди навантаження, ґрунтується на впливі водню наелектронні властивості. Вище було показано, що водень підвищує густинуелектронних станів на рівні Фермі, а також те, що атоми водню в октаедричнихпозиціях оточені хмарою валентних електронів (електронів провідності), щопроявляється в ранньому старті дислокаційних джерел та полегшенні ковзаннядислокацій. Тому критичне значення мікроскопічного напруження повиннозменшуватися, а нахил амплітуднозалежного внутрішнього тертя повинензбільшуватися.
Вроботі було проаналізовано вплив легуючих елементів на зв'язок атомів водню здислокаціями. Результати представлені в Таблиці 6.
Таблиця 6
Значенняентальпії зв’язку між атомами водню та дислокаціямиСплав
HB, еВ Fe-Cr15Ni25 0,107±0,002 Fe-Cr15Ni40 0,096±0,003 Fe-Cr25Ni25 0,120±0,003 Fe-Cr15Ni25Cu2 0,102±0,002 Fe-Cr15Ni25Al2 0,110±0,001 Fe-Cr15Ni25Si2 0,112±0,001 Fe-Cr15Ni25Mn15 0,114±0,001
Видно,що нікель та мідь зменшують це значення, в той час як алюміній, кремній,марганець та хром збільшують його. Це означає, що зниження ентальпії зв’язкудеякими елементами повинно призводити до додаткового зниження напруження стартумікропластичної деформації.
Важливимє дослідження ролі різних факторів в спричиненій воднем крихкості, а саме: g®eHперетворення, щовикликане воднем, ентальпії міграції атомів водню в гратці аустеніту таентальпії зв’язку між атомами водню та дислокаціями. З аналізу даних, можнапомітити, що, за винятком легування алюмінієм, пластичність наводнених сталейзростає із зростанням кількості eH-мартенситу а,відповідно, водневе окрихчення зменшується.В той же час, водневе окрихченняпроявляє схожу поведінку як функція ентальпії міграції водню
таентальпії зв’язку між атомами водню та дислокаціями. Обидві величини Hm та Hbзростають принаступній послідовності легування:
Ni40®Cu2®Ni25®Al2®Si2®Mn15®Cr25 (1)
Можнапомітити, що легування елементами які знаходяться в лівій частині цього ряду (Ni40, Cu2, Ni25, Al2) підвищуютьЕДП, в той час як елементи з правої частини (Si2, Mn15, Cr25) знижують цезначення. Таким чином, ЕДП знижується і, відповідно, дислокаційнерозщеплення збільшується при легуванні в цій послідовності зліва направо. Втермінах збільшення зв’язку між дислокаціями та атомами втілення це означає, щовирішальним у взаємодії водень-дислокація є хімічний внесок, а не пружний.Іншими словами, головну роль в сегрегації водню на дислокаціях відіграютьатмосфери Сузукі, а не Котрела.
Щостосується ентальпії міграції водню, то тут вирішальною є хімічна спорідненістьміж атомами втілення та заміщення. Зазначимо, що елементи, які знаходятьсяліворуч від заліза в періодичній таблиці (Mn, Cr), впослідовності (1) уповільнюють міграцію водню у порівнянні з залізом, в той часяк елементи, що знаходяться праворуч від заліза (Ni, Cu, Si, Al) прискорюють її.Можливо ця закономірність є головною у взаємодії між атомами втілення тазаміщення в гратці заліза.
Базуючисьна проведених дослідженнях, ми вважаємо, що посилення реакції g®eН є корисним дляводневої стійкості аустенітних сталей. Що стосується ентальпії зв'язку міждислокаціями і атомами водню, вона несуттєво змінюється при легуванні, і закономірність,скоріше спричинена тим, що елементи, які збільшують ентальпію зв'язку між дислокаціямиі воднем, в той же час збільшують долю eН-фази іуповільнюють водневу міграцію, що є більш вагомим фактором у протидії водневійкрихкості.
Врезультаті проведених теоретичних і експериментальних досліджень було сформульованоелектронну концепцію підсиленої воднем локалізованої пластичності. Згідно ізнею, причиною індукованого воднем знеміцнення є підвищена концентраціяелектронів провідності, тобто підсилений воднем металічний характер міжатомнихзв’язків. Збільшення концентрації електронів провідності та значну їх густинунавколо атомів водню було показано за допомогою розрахунків із першихпринципів. Локальне збільшення концентрації електронів провідності в водневиххмарах навколо дислокацій призводить до зменшення модулю зсуву і, відповідно,напруги активації дислокаційних джерел
t ~2mb/L
де
m – модуль зсуву,
b – вектор Бюргерса,
L – відстань між точкамизакріплення дислокації,
збільшуєдислокаційну рухливість через зменшення лінійного натягу G, що є енергієюдислокації на одиницю її довжини
/>
де
 – радіус кривизни дислокації,
атакож зменшує відстань між дислокаціями в плоских дислокаційних скупченнях
/>
де
n – коефіцієнт Пуассона,
s – прикладена напруга.
Зменшеннязавдяки водню відстані між дислокаціями в скупченнях повинно призвести дозбільшення в них кількості дислокацій і, відповідно, до збільшення напруженняна провідну дислокацію при тому ж значенні прикладеного навантаження, що маєбути причиною полегшеного формування мікротріщини.
Висновки
1. Показано, що декогезійна гіпотеза є незадовільною для описуводневого окрихчення аустенітних сталей. Як випливає з ab initio розрахунків,розчинення водню в гцк залізі підвищує густину електронних станів на рівніФермі, що свідчить про підвищення концентрації електронів провідності. Цеозначає, що водень підсилює металічний характер міжатомних зв’язків, що не можебути причиною крихкого руйнування.
2. Роль спричинених воднем фазових перетворень в водневому окрихченнівивчалася за допомогою рентгенівських досліджень, а також аналізу впливулегуючих елементів на енергію дефекту пакування та на механічні властивості.Показано, що легування такими елементами як Cr, Si та Mn збільшуєкількість e-фази в аустенітній сталі і, в той же час, підвищуєопір впливові водню. Легування міддю, алюмінієм і підвищення вмісту нікелюпротидіє g®e перетворенню іпогіршує опір водневому окрихченню. Таким чином, формування e-фази в аустеніті також не може спричинити окрихчення.
3. Аналіз взаємодії між атомами втілення та заміщення дозволяєзробити висновок, що снукоподібна релаксація в гцк твердих розчинах на основізаліза, легованих вуглецем, азотом або воднем, обумовлена одиночними атомамивтілення, що утворюють комплекси з атомами легуючих елементів.
Списоквикористаної літератури
1. С.М. Теус, В.Н. Шиванюк,В.Г. Гаврилюк. Влияние водорода на ориентационную зависимость напряжениятечения в аустенитной стали // Металлофизика и новейшие технол.- 2007.- т. 29.-№5.- С. 693 – 700.
2. 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.
3. S.M. Teus, J. Foct, V.G. Gavriljuk. Mechanicalbehaviour and dislocation structure of hydrogen-charged iron-based singlecrystals // Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials:VIII International Conference ICHMS’2003, Sudak, Ukraine.- P.230-233.