В рамках моделі граткового газу з урахуванням взаємодії міжвузловинних атомів в першій та другій координаційних сферах для аустенітного сплаву Fe-C за допомогою комп'ютерного моделювання методом Монте-Карло оцінено енергії взаємодії C-C, що одночасно задовольняють мессбауерівські дані з відносної долі атомів заліза з різним оточенням атомами вуглецю та дані з термодинамічної активності вуглецю.

Досліджено вплив легуючих елементів (Cr, Ni, Mn, Mo) на ентальпію міграції атомів водню в наводнених аустенітних нержавіючих сталях. Визначено, що Cr, Mn, Mo зменшують рухливість атомів водню, а Ni підвищує її. Результати механічних тестів довели, що розчинений водень підвищує межу плинності та знижує пластичність аустенітних сталей. Встановлено, що існує кореляція між значеннями ентальпії міграції атомів водню та зумовленої ним крихкості, що кількісно оцінюється як відносне зменшення видовження зразків, що випробуються на розтяг до та після наводнювання.

Дослідження впливу азоту на структуру та деформаційне зміцнення аустенітних сталей Cr18Ni16Mn10 та Cr15Mn17 проведено з використанням трансмісійної електронної мікроскопії та механічних випробувань. Ці сталі мали різні значення енергії дефекту пакування (ЕПД) та, відповідно, різну стабільність до деформаційно-стимульованих фазових перетворень. Як засіб пластичної деформації застосовувалась прокатка за кімнатної температури. Сталь Cr18Ni16Mn10 стабільна до gamma -> epsilon-перетворення, у той час як у сталі Cr15Mn17 відбувається утворення деформаційно-стимульованого epsilon-мартенситу. Легування азотом стабілізує gamma-фазу. Показано, що ЕПД немонотонно залежить від концентрації азоту. Максимальну величину ЕПД спостережено у разі вмісту азоту 0,4 мас. % в сталі Cr18Ni16Mn10, а мінімальну - коли вміст азоту 0,48 мас. % в сталі Cr15Mn17. Пластична деформація реалізується двома конкуруючими процесами - ковзанням і двійникуванням в усьому досліджуваному інтервалі ступенів деформації. Двійникування сильніше виражене в сталях із більш низьким значенням ЕПД. Однак зі збільшенням ступеня деформації відбувається руйнування сформованих раніше двійників. На відміну від попередніх досліджень ніякого суттєвого впливу азоту на величину деформаційного зміцнення в обох сталях не виявлено. Показано, що зі збільшенням вмісту азоту відбувається зменшення вкладу двійникування в пластичну деформацію в сталі Cr18Ni16Mn10 та зміна співвідношення між двійникуванням і деформаційно-стимульованим epsilon-мартенситом в сталі Cr15Mn17.

Ключ. слова: austenitic steel, cathodic charging, gaseous hydrogenation, X-ray diffraction, hydrogen-induced phases
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 

Ключ. слова: austenitic nitrogen steel, cold rolling, ageing, transmission electron microscopy, X-ray diffraction, magnetisation
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 

Індекс рубрикатора НБУВ: К222.042 + В379.223

Рубрики:

Природа залізних сплавів

Тверді розчини напівпровідників

Шифр НБУВ: Ж14161 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Индуцированная углеродом и азотом в железе релаксация Снука - Кёстера (С - К) проанализирована на основе измерений внутреннего трения и расчётов из первых принципов электронной структуры. Найдена корреляция между плотностью электронных состояний (ПС) на уровне Ферми и величиной С - К-релаксации. В отличие от углерода, азот увеличивает ПС на уровне Ферми и, соответственно, существенно понижает модуль сдвига, что проявляется в уменьшении линейного натяжения дислокаций. Соответственно, колеблющиеся под действием напряжения дислокации в твёрдом растворе Fe - N приобретают более высокую скорость, что является причиной повышения величины C - K-релаксации.

Посредством низкотемпературной рентгеновской дифрактометрии исследованы фазовые превращения в насыщенном водородом никеле. Определено, что при дегазации водорода его содержание в никеле уменьшается до соотношения H/Me около 0,65. Дальнейшее уменьшение содержания водорода приводит к разделению на две фазы - обогащенный водородом и обедненный водородом твердые растворы, содержащие неизменное количество водорода вплоть до исчезновения обогащенной водородом фазы. Опираясь на идею Гиббса о двух типах реакций выделения и существующие экспериментальные данные, сделан вывод, что в действительности так называемый гидрид никеля является твердым раствором водорода в никеле, образующимся в результате разрыва смешиваемости в системе Ni - H. При дальнейшем увеличении содержания водорода за пределами купола он существует в широком интервале концентраций как пересыщенный твердый раствор водорода в никеле, который некорректно интерпретируют как гидрид никеля.

Індекс рубрикатора НБУВ: К222.043.2

Рубрики:

Дифузія в залізі та його сплавах

Шифр НБУВ: Ж14161 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Выполнен анализ влияния элементов внедрения N, C и H в твердых растворах на основе железа на их структуру и свойства. На основе теоретических расчетов и экспериментальных данных сравниваются электронная структура и энергия дефектов упаковки, распределение атомов в твердых растворах, взаимодействие атомов внедрения с дислокациями и вакансиями, подвижность дислокаций, механизмы пластической деформации и разрушения. Установлено, что азот и водород повышают плотность электронных состояний на уровне Ферми ГЦК-железа, в то время как углерод уменьшает ее. Соответственно, концентрация свободных электронов увеличивается в твердых растворах азота и водорода на основе gamma-железа и уменьшается при растворении углерода. Найдена корреляция между характером межатомных связей и ближним атомным порядком в аустенитных сталях: азот способствует ближнему атомному упорядочению в распределении легирующих элементов, в то время как растворение углерода сопровождается их кластеризацией. Как следствие, азот увеличивает термодинамическую стабильность аустенитных сталей, а углерод делает сталь чувствительной к выделению карбидов из твердого раствора, что ухудшает коррозионные свойства. Наиболее впечатляющей является корреляция между электронной структурой и свойствами дислокаций. В отличие от превалирующих ковалентных связей в углеродистых сталях, усиленный азотом их металлический характер увеличивает подвижность дислокаций, следствием чего является высокая пластичность и вязкость разрушения. Однако аналогичное влияние водорода является причиной водородного охрупчивания стали из-за усиленной водородом локализованной пластичности. Уникальное сходство с водородной хрупкостью имеет место, если аустенитная азотистая сталь подвергается ударному нагружению. Вследствие недостаточного времени для релаксации напряжений, усиленная азотом локализованная пластичность приводит к псевдохрупкому разрушению. Различным является лишь механизм локализации пластической деформации: ближнее атомное упорядочение, обусловленное азотом, и повышение концентрации избыточных вакансий в случае растворения водорода.

Розподіл вуглецю у свіжозагартованому Fe - C-мартенситі, одержаному в процесі охолодження до 4,5 К, досліджено за допомогою методу Мессбауерівської спектроскопії. Встановлено розташування атомів Карбону в одній із 3-х підгратниць октаедричних міжвузлів і не підтверджено часткову зайнятість ними інших підгратниць або тетраедричних міжвузлів. Розпад свіжозагартованого ізотермічного мартенситу починається у разі нагрівання вище -50 °C і призводить до зникнення поодиноких атомів вуглецю в alpha-твердому розчині та утворення їх кластерів. У порівнянні з мартенситом, одержаним гартуванням за кімнатної температури, свіжозагартований низькотемпературний ізотермічний мартенсит характеризується зменшеною тетрагональністю, яка частково відновлюється за наступного нагрівання вище -50 °C. Грунтуючись на оцінках густини дислокацій в одержаному низькотемпературному мартенситі та відсутності виділень epsilon-карбіду за наступного відпускання, зроблено висновок, що внаслідок низької міцностs утвореного незастареного мартенситу ізотермічне мартенситне перетворення супроводжується пластичною деформацією. В результаті запропоновано нову інтерпретацію аномально низької тетрагональності низькотемпературного мартенситу, суть якої полягає у захопленні та транспортуванні дислокаціями ковзання нерухомих атомів Карбону з видаленням їх із твердого розчину і утворенням Карбонових атмосфер в полі напружень дислокацій. Наведено її зіставлення з наявними гіпотезами. Проаналізовано дві можливі причини часткового відновлення тетрагональності під час старіння низькотемпературного мартенситу: (і) розморожування атмосфер Снука, утворених дислокаціями ковзання за низьких температур, і (іі) когерентні напруження на межах переміжних областей, збагачених та збіднених Карбоном у модульованій структурі застареного мартенситу.

Грунтуючись на відмінностях механізмів дифузії атомів заміщення та втілення і використовуючи молекулярно-динамічні розрахунки міграції атомів гідрогену, показано, що прискорений потік водню в полікристалічному залізі, який спостерігається у процесі катодного наводнення, не може бути наслідком прискореної зерномежової дифузії водню. Розглянуто можливу роль зерномежового розтріскування.

Природу механічної деградації металів, яку спричинено дією поверхнево-активних елементів, було досліджено, виходячи із впливу йоду та галію на аустенітні сталі та використовуючи ab initio-розрахунки й експериментальні дослідження електронної структури, рентгенівську дифракцію, механічну спектроскопію та механічні випробування. Показано суттєве підвищення густини електронних станів на рівні Фермі у випадку йоду в ГЦК-залізі, що узгоджується з вимірюваннями, в яких було зафіксовано підвищену концентрацію вільних електронів, яку спричинено йодом в аустенітних сталях. Як наслідок, встановлено підвищення мобільности дислокацій, спричинене йодом і галієм в аустенітних сталях. Обговорено роль локалізації підвищеної пластичної деформації як умови крихкости. Одержані результати суперечать розповсюдженим твердженням про визначальну роль поверхневої енергії в рідкометалевому окрихченні і замість цього інтерпретуються, виходячи з кореляції між атомними взаємодіями та дислокаційними властивостями. Обговорено коректність гіпотез HELP та AIDE.

Індекс рубрикатора НБУВ: К222.02

Рубрики:

Кристалічна будова заліза та його сплавів

Шифр НБУВ: Ж14161 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: К235.160.34

Шифр НБУВ: Ж14161 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: К235.160.34

Шифр НБУВ: Ж14161 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Вплив водню та азоту на втомність аустенітних криць аналізується базуючись на ab initio розрахунках електронної структури, близькому атомовому порядку і дислокаційній структурі. Одержано, що обидва елементи підвищують концентрацію вільних електронів в ГЦК-залізі, пом'якшуючи кристалічну гратницю, зменшуючи питому енергію дислокацій та збільшуючи їх рухомість. За наявності близького атомового порядку твердому розчині це приводить до локалізації пластичної деформації і формуванню дислокаційних смуг ковзання. Комбінація цих чинників реалізується у локалізованому зворотньому планарному ковзанню дислокацій, що протидіє їх взаємному перетину із зародженням субмікротріщин, зменшуючи тим самим швидкість росту втомної тріщини в процесі циклічного механічного навантаження.