Індекс рубрикатора НБУВ: К222.106.2

Рубрики:

Механічні властивості сталей різних структурних класів

Шифр НБУВ: Ж14161 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: К222.104.3

Рубрики:

Структурні та фазові перетворення в сталях різних структурних класів. Теорія термічної обробки

Шифр НБУВ: Ж14161 Пошук видання у каталогах НБУВ 

  Скачати повний текст

За допомогою розрахунків із перших принципів та експериментальних методик досліджено особливості впливу водню на фізико-механічні властивості матеріалів. Показано, що теорія підсиленої воднем локалізованої пластичності адекватно описує явище водневої крихкості металів. Однак її інтерпретація в рамках механіки суцільних середовищ переоцінює значення індукованого воднем екранування пружної взаємодії між дислокаціями, а також не враховує вплив водню на електронну структуру. З огляду на зазначені особливості, запропоновано електронну концепцію водневої крихкості, згідно з якою причиною індукованого воднем знеміцнення є його вплив на електронну структуру матеріалу і, як наслідок, пружні модулі. На основі електронної концепції розроблено практичні рекомендації для підвищення водневої стійкості аустенітних сталей.

Досліджено явища водневої крихкості в конструкційних матеріалах на основі 3d перехідних металів. Використовуючи комплекс теоретичних та експериментальних методів досліджень, проаналізовано наявні в літературі механізми водневої крихкості. Досліджено особливості впливу водню на електронну структуру, фазові переходи та властивості дислокацій в сплавах на основі заліза, титану і нікелю, та наслідки цього впливу для макроскопічних механічних властивостей відповідних матеріалів. Використовуючи азот і вуглець в якості індикаторів кореляції між електронною структурою і механічними властивостями, проведено верифікацію електронної концепції посиленої воднем локалізованої пластичності. Запропонована концепція дозволяє врахувати хімічну природу елементів втілення та коректно спрогнозувати їх вплив на властивості дислокацій, що є основним положенням моделі спричиненої воднем крихкості. Додатковою перевагою даної концепції у порівнянні з моделлю, розробленою в рамках механіки суцільних середовищ, є здатність запропонувати практичні рекомендації для підвищення опору матеріалу водневій крихкості. За допомогою методики механічної спектроскопії, шляхом дослідження явища релаксації Снука-Кьостера, показано, що атмосфери азоту сприяють мобільності дислокацій, тоді як атоми вуглецю перешкоджають дислокаційному ковзанню. З використанням розрахунків із перших принципів встановлено кореляцію між впливом атомів азоту та вуглецю на електронну структуру заліза та властивостями дислокацій. Відповідно, спричинене азотом підвищення концентрації вільних електронів, подібно до атомів водню, має підвищувати рухливість дислокацій, що повністю узгоджується з експериментальними даними. Базуючись на теоретичних розрахунках термодинаміки фазових перетворень, а також шляхом дослідження еволюції кристалографічної текстури зразків показано, що під час інтерпретації індукованих воднем фазових перетворень, окрім механічного ефекту, через неоднорідний профіль розподілу водню по глибині, потрібно приймати до уваги і термодинамічний фактор внаслідок різного впливу водню на вільну енергію фаз, які реалізуються в системі. При цьому, саме пластична деформація, а не лише напруження, є справжньою причиною подібності деформаційно-індукованих та викликаних наводненням мартенситів. За допомогою методів молекулярної динаміки та авторадіографію, доведено, що межі зерен виконують роль пасток для атомів втілення, зокрема водню та вуглецю, в залізі. Запропоновано пояснення прискореної міграції атомів водню вздовж меж зерен, що спостерігається в деяких експериментах, у відповідності з яким, подібна поведінка є наслідком індукованої воднем пластичної деформації і відповідного транспорту атомів водню дислокаціями, а також утворення мікротріщин в околі меж зерна, як наслідок катодного наводнення, яке завжди використовується при вимірюваннях водневої проникності. За допомогою теоретичних та експериментальних досліджень показано подібний характер впливу водню на електронну структуру та властивості дислокацій в сплавах на основі титану та нікелю, що є додатковим підтвердженням коректності електронної концепції посиленої воднем локалізованої пластичності і вказує на загальний характер запропонованого механізму водневої крихкості. Зокрема, на цій основі дано пояснення істотній різниці в прояві водневої крихкості в сплавах на основі β-титану та в аустенітних сталях, що дає змогу використовувати водень в якості легувального елементу для покращення деформаційних характеристик титанових сплавів в однофазному β стані під час їх технологічної обробки. Детальний аналіз термодинамічних та кінетичних процесів в системі нікель - водень дозволив зробити висновок, що так званий гідрид нікелю є наслідком розділу наводненого твердого розчину на збагачену воднем та збіднену атомами водню фази за спінодальним механізмом. Проведено порівняння між явищами спричиненої воднем крихкості та рідиннометалічної крихкості. За допомогою розрахунків із перших принципів, на прикладі атомів йоду, показано, що їх вплив на електронну структуру матеріалу є подібним до впливу водню. Теоретично передбачене підвищення атомами йоду концентрації вільних електронів в сплавах на основі заліза підтверджено проведеними експериментальними вимірюваннями за допомогою електронного спінового резонансу. Методика механічної спектроскопії, також, дозволила виявити подібний вплив атомів йоду та галію на властивості дислокацій, що проявляється у ранньому старті мікропластичної деформації та підвищенні рухливості дислокацій. Отримані результати є підтвердженням однакового механізму водневої та рідиннометалічної крихкостей, а також можливості пояснення обох явищ в рамках електронної концепції локалізованої пластичності, посиленої елементом, який підвищує металічний характери міжатомного зв'язку.