Вплив воденьвмісних газових середовищ на кінетику фазових перетворень у сплавах на основі нікеля і заліза
Аналіз впливу водню на критичні температури атомного і магнітного впорядкування у системі Fe-Ni. Виявлення шляхів керування властивостями потрійних сплавів на основі системи Ni-W-Re шляхом їх термічної обробки на атомне впорядкування в атмосфері водню.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 27.07.2014 |
| Размер файла | 35,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Міністерство освіти і науки України
Луцький державний технічний університет
УДК 669.778
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
Вплив воденьвмісних газових середовищ на кінетику фазових перетворень у сплавах на основі нікеля і заліза
05.02.01 - матеріалознавство
Басістий Павло Васильович
Луцьк 2004
Загальна характеристика роботи
водень фазове перетворення нікель
Актуальність теми. Протягом останніх 20 років у сучасному матеріалознавстві інтенсивно розвивається новий напрямок хіміко-термічної обробки металів. Він полягає у застосуванні водню, як технологічного середовища, у якому проводять хіміко-термічну обробку. Водень, розчиняючись у металах, послаблює сили міжатомного зв'язку, що, змінюючи їх структуру і фазовий склад, дозволяє, вибравши умови термообробки, цілеспрямовано керувати експлуатаційними характеристиками.
В цьому напрямку слід відмітити роботи П.В. Гельда, Б.А. Колачова, М.І. Тімофеєва (Росія) та В.О. Гольцова (Україна) по воднево-фазовому наклепу, який дозволяє покращити міцність гідридоутворюючих матеріалів. Роботи В.І. Шаповалова та співробітників (Україна), які встановили вплив водню на кінетику б - г перетворення у залізі та його сплавах, а також роботи львівських вчених В.І.Похмурського, В.І.Ткачова та В.В.Федорова, які показали, що наводнення, прискорюючи дифузійні процеси в металах, дозволяє отримати необхідний рівень властивостей за скорочення часу та зниження температури термічної обробки.
Слід відмітити, що за реальних умов експлуатації конструкційні матеріали загалом працюють не у чистому водні, а в газових сумішах, які містять в основному сполуки вуглецю та азоту. Це має актуальне значення для розробки двигунів внутрішнього згорання на паливі, що містить одночасно бензин та водень, та хімічних реакторів. Особливості процесів, що при цьому відбуваються, зокрема, конкуруючий вплив водню, вуглецю та азоту на фізико-механічні властивості матеріалів, що застосовуються для виготовлення корпусів моторів та труб систем теплообміну, на даний час мало вивчені.
Серед пріоритетних напрямків таких досліджень насамперед необхідно відмітити:
- взаємовплив дифузійних процесів розчинення водню, вуглецю та азоту в конструкційних матеріалах в залежності від температури та парціального тиску газу;
- кінетичні та температурні особливості процесу формування фаз заміщення та втілення за сумісного впливу розчинених газів.
Оскільки вирішення перерахованих проблем насамперед залежить від хімічного складу сплавів, концентрації втіленого водню та умов хіміко-термічної обробки, то оптимізація вказаних чинників має важливе значення для прогнозування зміни фізико-механічних властивостей конструкційних матеріалів в реальних умовах їх експлуатації.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні наукові результати дисертації отримано в ході виконання планових науково-дослідних робіт, що проводилися на кафедрі фізики Тернопільського державного педагогічного університету ім. В. Гнатюка “Рівноважні і нерівноважні електрофізичні і механічні властивості напівпровідників, твердих розчинів, металічних сплавів і МДН-структур” (Код 01П-1-К) та під час стажування дисертанта у Фізико-механічному інституті ім. Г.В.Карпенка в рамках виконання теми “Оцінка впливу воденьмістких середовищ на працездатність зварних з'єднань конструкційних сталей (НД-11/195)”.
Мета роботи. Встановити основні закономірності впливу водню та вуглецю і водню та азоту на кінетику фазових перетворень в конструкційних матеріалах на основі Fe і Ni та видати рекомендації по їх водневій хіміко-термічній обробці.
Основні завдання:
Розробити методологічні підходи до вивчення впливу воденьвмісних газових сумішей на фізико-механічні властивості конструкційних матеріалів.
Дослідити вплив водню на критичні температури атомного і магнітного впорядкування у сплавах системи Fe-Ni.
Встановити закономірності зміни температури точки Кюрі сплавів системи Fe-Ni за сумісної дії водню та вуглецю.
Вивчити особливості водневої корозії конструкційних матеріалів сучасної енергетики за підвищених температур.
Дослідити вплив азоту на дифузійні параметри водню в конструкційних матеріалах сучасної енергетики.
З'ясувати можливості керування властивостями потрійних сплавів на основі системи Ni-W-Re шляхом їх термічної обробки на атомне впорядкування в атмосфері водню.
Видати рекомендації по практичному впровадженню отриманих результатів.
Об'єкт дослідження: фазові перетворення у сплавах на основі нікелю та заліза за наявності домішок втілення (Н2, N2, C).
Предмет дослідження: дифузійні параметри водню - проникність, коефіцієнт дифузії та розчинність; воднева корозія; фізико-механічні властивості.
Методи дослідження: вимірювання дифузійних параметрів водню методом Беррера, комплекс фізичних властивостей - електроопір, термо-ЕРС, густина, модуль Юнга, рентгеноструктурний, мікрорентгеноспектральний та металографічний аналізи, міцнісні характеристики.
Наукова новизна отриманих результатів. Розроблено методологічні підходи до вивчення впливу наводнення на фізико-механічні властивості сплавів на основі Fe і Ni, легованих вуглецем та азотом.
Вперше встановлено аналітичну залежність, що зв'язує обмінну енергію феромагнітного сплаву з ГЦК-структурою і енергію активації проникання водню.
Встановлено конкуруючий вплив водню та вуглецю на параметри феромагнітного перетворення в сплавах системи Fe-Ni. Показано, що водень зменшує, а вуглець збільшує температуру точки Кюрі сплаву FeNi(36%). Запропоновано фізичний механізм покращення інварних та міцнісних властивостей цього сплаву за водневої обробки.
Вперше встановлено закономірності протікання процесу зневуглецьовування (водневої корозії) сталі 10Х9ВФА за водневої обробки при підвищених температурах.
Показано, що сумісна дія водню та азоту інтенсифікує процес азотування конструкційних матеріалів.
Встановлено, що термічна обробка у водні пришвидшує процеси атомного впорядкування у сплавах системи Ni-W-Re, що дозволяє покращити їх фізико-механічні характеристики.
Практичне значення отриманих результатів. На основі встановлених температурно-часових залежностей впливу водню з газових сумішей на фазово-структурні перетворення в сплавах на основі заліза та нікелю запропоновано:
експрес-методику визначення часу зневуглецьовування конструкційних матеріалів на основі вимірювання кінетики зміни їх електрофізичних властивостей;
експрес-методику оптимізації умов азотування конструкційних матеріалів з азотоводневих сумішей на основі вимірювання водневої проникності конструкційних матеріалів.
Отримані в дисертаційній роботі основні закономірності метало-водневої взаємодії використовуються при розробці та легуванні конструкційних матеріалів атомної та термоядерної енергетики, що підтверджено відповідними документами.
Обґрунтованість та достовірність сформульованих у дисертації наукових положень і висновків забезпечуються коректним застосуванням сучасних методів експериментальних досліджень, плануванням дослідів, точністю вимірювання, комп'ютерною та статистичною обробкою даних експериментів, порівнянням з практичними та теоретичними результатами вітчизняних та зарубіжних авторів.
Особистий внесок здобувача. Постановка задач і вибір методології досліджень зроблені керівником роботи при безпосередній участі дисертанта. В колективних публікаціях з іншими колегами та співробітниками внесок автора полягає у наступному:
дослідження та аналітична обробка результатів вимірювання фізичних властивостей наводнених сплавів системи Fe-Ni [2,6,7];
визначення розчинності водню, міцнісних характеристик та параметрів впорядкування у сплавах Ni-W-Re [1,3,9];
вимірювання водневої проникності та аналітична обробка результатів вивчення водневого зневуглецьовування сталі 10Х9ВФА [4];
вивчення кінетики атомного та магнітного впорядкування сплаву Н36 за сумісної дії водню та вуглецю [8].
Апробація результатів дисертації. Основні матеріали дисертації доповідались на наукових конференціях молодих вчених ФМІ НАН України (Львів, 2000, 2001, 2002), У Міжнародній конференції “Проблеми корозії та протикорозійного захисту конструкційних матеріалів (Корозія-2000)” (Львів, 2000), Ш Міжнародній конференції “Водородная обработка материалов (ВОМ-2001)” (Донецьк, 2001), а також на наукових семінарах Тернопільського державного педагогічного університету та Фізико-механічного інституту НАН України.
Публікації. Основний зміст дисертації викладено в 10 публікаціях, у тому числі 7 статтях рекомендованих ВАКом та іноземних журналах та 3 тезах міжнародних і республіканських конференцій.
Структура та об'єм роботи. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаної літератури та додатків. Викладена на 107 сторінках машинописного тексту, вміщує 45 рисунків, 4 таблиці, бібліографію із 93 джерел.
Короткий зміст роботи
У вступі обґрунтовано актуальність проблеми, сформульовані мета і завдання роботи, висвітлено її наукову новизну та практичну цінність.
У першому розділі проаналізовано особливості впливу магнітного впорядкування на електрофізичні властивості перехідних металів і сплавів. Показано, що аномалії електроопору при постійному та змінному струмах можуть бути застосовані для дослідження змін електронної структури та фазово-структурного стану конструкційних матеріалів. Приведено огляд особливостей формування ближнього та дальнього атомного порядку в сплавах перехідних металів за наявності домішок втілення. Показано доцільність застосування методів електропровідності та водневої проникності до вивчення процесів магнітного та атомного впорядкування. На основі проведеного огляду сформульовано мету і основні завдання роботи.
У другому розділі описано об'єкти, обладнання та методики досліджень.
В якості модельного об'єкту досліджень вибрали деякі сплави системи залізо-нікель FeNi(36%), FeNi(50%), після чого отримані закономірності та ефекти перевіряли на широко апробованих у сучасній енергетиці потрійних сплавах системи нікель-вольфрам-реній, феритно-мартенситній сталі 10Х9ВФА та жароміцному сплаві ХН56ВМТЮ.
Для вирішення поставлених у роботі завдань в якості основних методів дослідження вибрали електропровідність, водневу проникність та рентгеноструктурний аналіз.
Вимірювання дифузійних параметрів водню в металах проводили методом Беррера на об'ємометричній установці з використанням манометра Мак-Леода. Зразок у вигляді мембрани заварювали у робочу камеру, з обох сторін проводили вакуумну відкачку, встановлювали температуру вимірювання і запускали з вхідної сторони зразка водень, а на виході фіксували кінетику його проникання. За нею визначали коефіцієнт дифузії водню D, а після встановлення стаціонарного потоку розраховували водневу проникність P. Розчинність водню L розраховували за співвідношенням L = P/D. Статистична обробка результатів вимірювання показала, що точність визначення дифузійних параметрів водню складає: P - 4%, D - 12%, L - 26%.
Для встановлення критичних температур фазових перетворень досліджували електрофізичні властивості. Для вимірювання електроопору на змінному струмі використовували розроблену у львівському Фізико-механічному інституті НАН України установку високочастотної широкосмугової резистометрії з автоматичним компенсатором, що дозволяло вести неперервний запис зміни електроопору і від температури, і від часу проведення експерименту. Вимірювання електроопору на постійному струмі та термо-ЕРС проводили на установці, виготовленій в Тернопільському державному педагогічному університеті.
Для отримання додаткової інформації застосовували методику розділення температурної залежності електроопору на магнітну і фононну складові (правило Маттіссена). Фононна описується інтерполяційною формулою Грюнайзена, яка за температур вище точки Кюрі переходить у рівняння прямої лінії. За цих же температур магнітна складова є постійною. Це дозволяє шляхом графічної побудови знайти температурний хід магнітної складової нижче точки Кюрі.
Слід відмітити, що при застосуванні змінного струму звукового діапазону частот (скін-ефект), якісний хід залежностей електроопору суттєво змінюється - при підході до точки Кюрі з'являється максимум електроопору. Розраховуючи його параметри, можна встановити не тільки точку Кюрі ИС, а й визначити ряд інших структурозалежних характеристик. Так, висота аномалії Н пропорційна магнітній проникності, а різниця температур максимуму ТМ і точки Кюрі (ДТ) свідчить про структурну однорідність досліджуваного матеріалу, чим вона менша - тим однорідніший матеріал.
Рентгеноструктурні дослідження проводили на дифрактометрі ДРОН-3,0, характер розподілу компонентів сплавів після хіміко-термічної обробки вивчали на приладі MS-46 методом мікрорентгеноспектрального аналізу.
В якості допоміжних методів дослідження застосовували вимірювання модуля Юнга, міцнісних характеристик та проводили металографічний аналіз. У всіх експериментах застосовували водень дифузійного очищення.
У третьому розділі проведені модельні дослідження впливу домішок втілення на параметри магнітного перетворення у сплавах системи залізо-нікель інварної області концентрацій, які володіють рядом аномалій фізичних властивостей і широко застосовуються у техніці. Зокрема, це аномальний коефіцієнт об'ємного розширення сплаву FeNi(36%) та підвищені магнітні характеристики у випадку сплаву FeNi(50%).
Проведені дослідження сплаву FeNi(50%) показали, що за нагріву та охолодження спостерігається гістерезис електроопору, який у присутності водню звужується. Оскільки величина цього гістерезису зумовлена наявністю надлишкових термічних вакансій, які не встигли рекомбінувати з пониженням температури, то його звуження у водні свідчить про прискорення їх рухливості. Це є ще одним підтвердженням прискорення дифузійних процесів у наводнених металах. Крім того, з розділення електроопору сплаву FeNi(50%) випливає, що його зміни під впливом водню пов'язані лише з магнітною складовою, фононна залишається без змін. Зменшення магнітної складової можна пояснити антиферомагнітною взаємодією атомів водню з атомами компонентів сплаву, тобто розчинений водень погіршує магнітні властивості.
Проведені дослідження водневої проникності сплаву FeNi(50%) за нагріву та охолодження показали, що в точці Кюрі має місце злам політерм, що вказує на зміну енергії активації процесу проникання за переходу з феромагнітної у парамагнітну область. Математична обробка літературних та отриманих результатів показала, що параметр Д Е є важливою характеристикою феромагнітного металу, оскільки величина його відношення до ефективної обмінної енергії Ееф.= kИС, де k - стала Больцмана, для всіх феромагнетиків з ГЦК-структурою є постійною і рівна 0,72 ± 0,06. Це дозволяє, визначивши ефективну обмінну енергію за точкою Кюрі, розрахувати зміну енергії активації дифузії водню, не проводячи безпосередніх вимірювань.
У випадку сплаву FeNi(36%) досліджували дифузійні параметри водню та вплив наводнювання на кінетику фазових перетворень. Слід відмітити, що у цьому сплаві існує фізична аномалія, яка дістала назву інварного зміцнення. Суть його полягає у тому, що фазовий перехід з парамагнітної у феромагнітну область поряд зі зростанням намагніченості викликає підвищення міцності сплаву. Встановлено, що після насичення воднем ефект різко підсилюється. Це зумовлено тим, що розчинений водень інтенсифікує процес утворення мікрообластей впорядкованої фази FeNi, на границях яких додатково блокуються дислокації, що і приводить до зміцнення матеріалу.
Сумісний вплив водню та вуглецю на фізичні властивості цього сплаву вивчали в інтервалі температур до 573 К. В цьому інтервалі атоми водню та вуглецю ще хімічно не взаємодіють між собою і не утворюють метан. Вплив цих елементів на температурне положення точки Кюрі встановлено на основі досліджень електроопору. З табл.1 слідує, що вуглець приводить до зростання, а водень - до зменшення температури Кюрі, що ще раз підтверджує антиферомагнітний характер взаємодії атомів водню з атомами Fe та Ni.
Дослідження сумісного впливу вуглецю та водню на магнітну і фононну складові електроопору сплаву FeNi(36%) показало, що зі зростанням вмісту вуглецю магнітна складова зростає пропорційно збільшенню параметра ґратки. Однак, фононна складова проходить через мінімум за концентрації вуглецю 0,17%. З літературних даних слідує, що тут же має місце мінімум коефіцієнта об'ємного розширення. Крім того, параметр ДТ, який відповідає за структурну однорідність, у водні також різко зменшується за тієї ж концентрації вуглецю. Оскільки магнітна складова електроопору за цих умов монотонно зростає, то покращення інварних властивостей (мінімум коефіцієнта об'ємного розширення) викликано, на наш погляд, не зміною електронної структури, а процесами, що відбуваються на атомному рівні, очевидно, впорядкуванням вуглецевих атомів по міжвузлях кристалічної ґратки, яке розчинений водень прискорює.
Зі зростанням температури атоми водню і вуглецю в конструкційних матеріалах починають взаємодіяти між собою, утворюючи метан.
Основні закономірності процесів, що відбуваються, розглянуті на прикладі сталі 10Х9ВФА, яка застосовується при виготовленні обладнання атомних та термоядерних реакторів. Показано, що в цій сталі має місце воднева корозія внаслідок зневуглецьовування, що підтверджено дослідженнями дифузійних параметрів водню. Встановлено, що воднева проникність вихідних зразків до температури 1035 К описується експоненційною залежністю:
Р (моль/м с Па Ѕ) = 1,6 10-8 ехр (-51,6 кДж/моль / RT).
Різкий спад величини потоку водню з одночасним зростанням енергії активації проникнення до 60 кДж/моль при цій температурі свідчать про наявність фазового переходу 1-го роду, зумовленого зміною типу кристалічної структури - (б - г) поліморфне перетворення. Аналогічні зміни спостерігаються і на політермах коефіцієнта дифузії і розчинності водню, які до точки фазового переходу можна описати рівняннями:
D (м2/c) = 1,8 10-8 ехр (-3,4 кДж/моль / RT),
L (моль/м 3 Па Ѕ) = 0,9 ехр (- 48,2 кДж/моль / RT).
Для з'ясування впливу водневої термообробки на проникність водню через сталь 10Х9ВФА проводили ізотермічний відпал у водні за 873 К на протязі 10 год. Показано, що в цьому випадку величина потоку водню перевищує вихідні значення, очевидно, за рахунок зменшення енергії активації процесу проникнення від 51,6 до 40,0 кДж/моль. Однією з причин отриманої зміни водневої проникності може бути водневе зневуглецьовування сталі.
Оскільки наявність вуглецю погіршує магнітну проникливість феромагнітних сталей, це повинно проявитись у зміні висоти максимуму аномаліїї електроопору, яка з'являється в точці (б - г) фазового переходу (псевдомагнітне перетворення). Показано, що зміна висоти максимуму електроопору під час водневого відпалу стабілізується на протязі 22-25 год. Цей час відповідає початковій стадії зневуглецьовування сталі 10Х9ВФА за наших умов проведення експерименту - температура 873 К і тиск водню 105 Па, що підтверджено металографічним аналізом.
Дослідження сумісного впливу водню та азоту на кінетику фазових перетворень проводили на прикладі жароміцного сплаву ХН56ВМТЮ у четвертому розділі. З отриманих результатів слідує, що електроопір сплаву у присутності водню зменшується. Причому критична температура впорядкування (точка Курнакова для структури CrNi3 ) не змінюється. У азотоводневій суміші зростає і електроопір, і температурне положення фазового переходу. Отримані результати підтверджені дослідженнями водневої проникності, з яких також слідує, що азот підвищує температуру Курнакова. При цьому встановлено, що пониження величини потоку водню через сплав ХН56ВМТЮ зумовлено тим, що розчинення азоту приводить до утворення нітридних фаз у приповерхневому шарі металу, які служать бар'єром для проникання водню в метал.
Запропоновано метод вимірювання водневої проникності, як експрес-методику визначення умов термічної обробки та концентрації азоту в азотоводневих сумішах, які забезпечують отримання оптимального шару нітридних фаз.
П'ятий розділ присвячений вивченню впливу водню на процеси атомного впорядкування у потрійних сплавах системи Ni-W-Re. З літературних даних слідує, що розчинений водень стимулює процес формування впорядкованих фаз Ni3Mo(W) і Ni4Mo(W) у подвійних сплавах системи Ni-Mo(W). Тому з метою вияснення можливості застосування водню в термообробці потрійних сплавів на основі системи Ni-W-Re були проведені дослідження їх електрофізичних і міцнісних властивостей.
Перш за все встановили температурний інтервал існування фази Ni4W, яка, в основному, визначає рівень фізико-механічних властивостей. Як було показано раніше, для сплаву Ni-15Mo-10Re фаза Ni4Mo існує при 873-1123 К. У досліджених нами сплавах Ni-W-Re цей інтервал проявляється лише у випадку сплава Ni-15W-15Re, на що вказує зміна розчинністі водню та комплексу фізичних властивостей, який включає електроопір, термо-ЕРС, модуль Юнга та густину.
Основний отриманий результат - це зростання високотемпературної міцності сплавів системи Ni-W-Re після обробки в атмосфері водню на атомне впорядкування (рис.9), що вказує на перспективність застосування водню як технологічного середовища в процесах хіміко-термічної обробки конструкційних матеріалів.
Висновки
Розроблено методологічні підходи до вивчення дифузійних параметрів водню та електрофізичних властивостей конструкційних матеріалів на основі Ni і Fe за взаємодії з газовими сумішами.
Вперше встановлено взаємозв'язок між енергією активації дифузії водню та ефективною обмінною енергією феромагнетиків, що дозволяє визначити її зміну, не проводячи безпосередніх вимірювань.
Наявність у сплавах системи Fe-Ni інварної області концентрацій розчиненого водню стимулює процеси самодифузії, що проявляється в підвищенні рухливості термічних вакансій.
Показано, що вуглець збільшує, а водень зменшує температуру Кюрі інвару. Встановлено фізичну природу появи оптимальної концентрації вуглецю (0,17 мас.%), яка покращує інварні властивості сплаву FeNi(36%), що полягає у підвищенні температури застосування цього сплаву, як матеріалу з мінімальним коефіцієнтом теплового розширення.
Запропоновано експрес-методику визначення інкубаційного періоду водневої корозії конструкційних матеріалів шляхом вимірювання кінетики зміни їх електрофізичних властивостей, що дозволяє встановити температурно-часові залежності процесу зневуглецьовування.
В якості експрес-методики оптимізації умов азотування конструкційних матеріалів з азото-водневих сумішей запропоновано метод вимірювання їх водневої проникності.
Встановлено, що заміна молібдену на вольфрам у сплавах системи Ni-Mo-Re приводить до атомного впорядкування за типом Ni3W, Ni4W. Показано, що воднева обробка сплавів цього класу дозволяє цілеспрямовано керувати їх фізико-механічними властивостями.
Отримані експериментальні та теоретичні результати дослідження процесів метал-водневої взаємодії використані при розробці нових конструкційних матеріалів атомної та термоядерної енергетики, що підтверджено відповідними документами .
Список опублікованих праць
Басістий П.В., Бачинський Ю.Г., Дідора Т.Д., Федоров В.В. Вплив водню на формування ближнього атомного порядку і фізико-механічні властивості сплавів системи Ni-Mo(W)-Re // Вісник Прикарпатського ун-ту: Математика і фізика.- 2000.- .- С. 129-138.
Басістий П.В., Бачинський Ю.Г., Медвідь А.Г. Методики визначення коефіцієнту дифузії водню методом вимірювання електроопору // Вісник Тернопільського держ. техн. ун-ту.- 2001.- №4.- С. 135-140.
Касянчук М.М., Бачинський Ю.Г., Басістий П.В. Вплив водню на кінетику формування атомного впорядкування та фізико-механічні властивості сплавів системи Ni-Mo(W)-Re // Зб. матер. Міжнарод. конф. “Водородная обработка материалов (ВОМ-2001)”.- Донецьк, 2001.- С. 229-231.
Федоров В.В., Засадний Т.М., Королюк Р.І., Басістий П.В. Вплив умов термічної обробки на дифузійні параметри водню в сталях сучасної енергетики зі зварними з'єднаннями // Зб. матер. Міжнарод. конф. “Водородная обработка материалов (ВОМ-2001)”.- Донецьк, 2001.- С. 235-237.
Basisty P.V. The influence of hydrogen treatment on strength properties of alloys // XVI Open scientific and technical conference of young scientists and sdecialists of the Karpenko Physico-Mechanical Institute of NAS of Ukraine.-Lviv, 2001. - S. 32.
Бачинський Ю.Г., Басістий П.В., Медвідь А.Г., Федоров В.В. Вплив термічної обробки у водні на фізичні властивості сплавів системи залізо-нікель (до 36% Ni) // Фізика і хімія твердого тіла.- 2002.- №2.- С. 355-360.
Басістий П.В., Бачинський Ю.Г., Мохун С.В., Федоров В.В., Чорний В.З. Зміна температури точки Кюрі сплаву Н36 за сумісної дії вуглецю та водню // Вісник Тернопільського держ. техн. ун-ту.- 2003.- №1.- С.126-132.
Fedorov V.V., Dyomina E.V., Basisty P.V., Bachinsky J.H., Prusakova M.D., Vinogradova N.V. Effect of treatment in hydrogen on physicomechanical properties of Fe-Ni alloys (below 30 at.% Ni) // Defect and Diffusion Forum: Defect and Diffusion in Metals.- 2002.- Vol. 203-205.- p. 153-160.
Fedorov V.V., Dyomina E.V., Basisty P.V., Buliк I.I., Prusakova M.D. The influence of the hydrogen treatment upon the atomic ordering and physical-mechanical properties on Ni-Mo(W)-Re alloys // Defect and Diffusion Forum: Defect and Diffusion in Metals.- 2003.- Vol. 213-215.- p. 37-43.
Басістий П.В. Вплив водню та вуглецю або азоту на температури Кюрі та Курнакова в сплавах d-перехідних металів.- Фіз.-хім. механіка матеріалів.- 2003- №1.- С.107-108.
Анотація
Басістий П.В. Вплив воденьвмісних газових середовищ на кінетику фазових перетворень у сплавах на основі нікеля і заліза - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 - матеріалознавство. - Луцький державний технічний університет Луцьк, 2004.
Розроблено методологічні підходи до вивчення впливу наводнювання на фізико-механічні властивості сплавів на основі Fe і Ni, легованих вуглецем та азотом. Вперше встановлено аналітичну залежність, що зв'язує ефективну обмінну енергію феромагнітного сплаву з ГЦК-структурою зі зміною енергії активації проникання водню, що дозволяє, не проводячи безпосередніх вимірювань, розрахунковим шляхом визначити температурну зміну коефіцієнта дифузії водню та величини його потоку крізь сплави системи Fe-Ni (до 50% Ni).
Вивчення сумісного впливу водню та вуглецю на кінетику фазових перетворень проводили в два етапи. Низькотемпературні дослідження, коли водень та вуглець не утворюють хімічних сполук, а лише впливають на взаємну дифузійну рухливість, проводили на прикладі сплаву FeNi(36%). Встановлено конкуруючий вплив цих домішок на параметри феромагнітного перетворення і показано, що водень зменшує, а вуглець збільшує температуру точки Кюрі.
За підвищених температур (873-1073К) вперше встановлено особливості протікання процесу водневої корозії сталі 10Х9ВФА. Шляхом дослідження зміни параметрів аномалії електроопору змінному струму встановлено часові та температурні закономірності цього процесу в залежності від структурного стану досліджуваної сталі.
На прикладі жароміцного сплаву ХН56ВМТЮ показано, що сумісна дія водню та азоту інтенсифікує процес азотування, при чому в присутності водню температура Курнакова знижується, а за наявності розчиненого азоту зростає.
Встановлено, що термічна обробка у водні на атомне впорядкування дозволяє покращити фізичні та міцнісні властивості сплавів системи Ni-W-Re.
Запропоновано експрес-методику визначення часу зневуглецьовування конструкційних матеріалів на основі вимірювання кінетики зміни їх електрофізичних властивостей та експрес-методику оптимізації умов азотування конструкційних матеріалів з азотоводневих сумішей на основі вимірювання їх водневої проникності.
Ключові слова: водень, атомне впорядкування, фазові перетворення, вуглець, азотоводневі суміші, дифузія, воднева проникність, коефіцієнт дифузії, розчинність, термообробка, електроопір.
Аннотация
Басистый П.В. Влияние водородсодержащих газовых сред на кинетику фазовых превращений в сплавах на основе никеля и железа - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.01 - материаловедение. - Луцкий государственный технический университет, Луцк, 2004.
Разработаны методологические подходы к изучению влияния наводороживания на физико-механические свойства сплавов на основе Fe и Ni, легированных углеродом и азотом. Показано, что измерение водородопроницаемости, коэффициента диффузии и растворимости водорода позволяет судить о кинетике фазовых превращений, происходящих в исследуемых сплавах, и определить механизм и тип фазового перехода (1-го или 2-го рода). Впервые определена аналитическая зависимость, связывающая эффективную обменную энергию ферромагнитных сплавов с ГЦК-структурой с изменением энергии активации проникания и диффузии водорода, что позволяет, не проводя непосредственных измерений, рассчетным путем ниже известной температуры точки Кюри, определить температурное изменение коэффициента диффузии водорода и величину его потока сквозь ферромагнитные сплавы.
Исследован комплекс физико-механических свойств наводороженных сплавов систем Fe-Ni, Ni-W-Re (удельное электросопротивление, термо-ЭДС, плотность, модуль Юнга) с целью установления критических параметров упорядочения (температура Курнакова и степень упорядочения) при наличии внедренного водорода. Изучение совместного влияния водорода и углерода на кинетику фазовых превращений проводили в два этапа. Низкотемпературные исследования, когда водород и углерод не образуют химических соединений, а только влияют на взаимную диффузионную подвижность, проводили на примере сплава FeNi(36%). Установлено конкурирующее влияние водорода и углерода на параметры ферромагнитного превращения и показано, что водород уменьшает, а углерод увеличивает температуру точки Кюри. Предложен физический механизм, объясняющий улучшение инварных и прочностных свойств этого сплава после проведения водородной обработки.
С увеличением температуры атомы углерода и водорода начинают взаимодействовать между собой, образуя метан. Впервые установлены особенности протекания процесса обезуглероживания (водородной коррозии) стали 10Х9ВФА после водородной обработки при температурах 873…1073 К. Путем исследования изменения параметров аномалии электросопротивления переменному току звукового диапазона частот (15 кГц) установлены временные и температурные зависимости этого процесса от структурного сотояния исследуемой стали.
На примере жаропрочного сплава ХН56ВМТЮ показано, что совместное влияние водорода и азота интенсифицирует процесс азотирования, при этом в присутствии водорода температура Курнакова уменьшается, а при наличии растворенного азота увеличивается, что, во втором случае, согласуется с теорией атомного упорядочения при наличии примеси внедрения.
Показано, что термическая обработка в водороде на атомное упорядочение позволяет управлять физическими и прочностными свойствами сплавов системы Ni-W-Re.
На основании установленных температурно-временных зависимостей совместного влияния водорода и других газовых примесей на фазово-структурные превращения в сплавах на основе железа и никеля предложены:
экспресс-методика определения времени обезуглероживания конструкционных материалов на основании измерения кинетики изменения их электрофизических свойств;
экспресс-методика оптимизации условий азотирования конструкционных материалов из азотоводородных смесей на основании измерения их водородопроницаемости.
Полученные в диссертационной работе основные закономерности металл-водородного взаимодействия использованы при розработке и легировании конструкционных материалов атомной и термоядерной энергетики, что подтверждено соответствующими документами.
Ключевые слова: водород, атомное упорядочение, фазовые превращения, углерод, азот, азотоводородные смеси, диффузия, водородопроницаемость, коэффициент диффузии, растворимость, термическая обработка, электросопротивление.
Summary
Basistyi P.V. Influence of hydrogen-containing gaseous media on kinetics of phase transformations in the alloys based on Ni and Fe. - Manuscript.
Thesis for degree of candidate of technical sciences on speciality 05.02.01 - Materials Science. - Lutsk State Technical University, Lutsk, 2004.
Technical approaches to the study of influence of hydrogenation on physico-mechanical properties of the Fe- and Ni-based alloys doped with carbon have been developed. Analytic dependence between exchange energy of ferromagnetic alloy of the fcc structure and change in activation energy of hydrogen permeation has been determined for the first time. It allows to calculate without direct measurements below certain Curie point the temperature change of hydrogen diffusion coefficient and hydrogen flow through the alloys of Fe-Ni system (up to 50% of Ni).
Studies of combined influence of hydrogen and carbon on phase transformation kinetics were carried out in two stages. Low temperature studies, when hydrogen and carbon do not form chemical compounds but influence reciprocal diffusion mobility, were carried out for the FeNi(36%) alloy. Competing influence of hydrogen and carbon on parameters of ferromagnetic transformation was revealed and it was shown that hydrogen decreases the temperature of Curie point, whereas carbon acts oppositely. Physical mechanism of improvement of invar and strength properties of this alloy during hydrogen treatment has been proposed.
Peculiarities of the de-carbonization process (hydrogen corrosion) of the 10Х9ВФА steel during hydrogen treatment at 873-1073 K has been determined for the first time. The time and temperature regularities of this process in dependency on the structure state of the studied steel have been determined by studies of change in anomaly parameters of electrical resistivity to alternating current.
For the high-temperature ХН56ВМТЮ steel it is shown that joint action of hydrogen and nitrogen intensifies nitration process, at that Kurnakov temperature decreases in the presence of hydrogen and increases in the presence of dissolved nitrogen.
The heat treatment in hydrogen for atomic ordering has been found to impove the physical and strength properties of alloys in the Ni-W-Re system.
It has been proposed:
the express method for determination of decarbonisation time of structural materials by measurements of kinetics of change their electro-physical properties;
the express method for optimisations of nitration conditions for structural materials from nitrogen-hydrogen mixtures by measurements of their hydrogen permeability.
Keywords: hydrogen, atom ordering, phase transformations, carbon, nitrogen-hydrogen mixtures, diffusion, hydrogen permeability, diffusion coefficient, solubility, heat treatment, electric receptivity.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Підготовка та опис основних методик експерименту. Вплив водню на електронну структуру та пружні властивості заліза. Дослідження впливу легуючих елементів на міграцію атомів водню і впливу е-фази на механічні властивості наводнених аустенітних сталей.
реферат [44,2 K], добавлен 10.07.2010Вплив вуглецю та марганцю на термічне розширення та магнітні властивості інварних сплавів. Композиції, які забезпечили більшу міцність, ніж базового сплаву. Вплив вуглецю і марганцю на магнітну структуру сплавів Fe-Ni. Влив вуглецю на міжатомний зв’язок.
реферат [74,2 K], добавлен 10.07.2010Отримання експериментальних даних про вплив іонізуючого опромінення на структуру та магнітні властивості аморфних і нанокристалічних сплавів на основі системи Fe Si-B. Результати досідження, їх аналіз та встановлення основних механізмів цього впливу.
реферат [32,4 K], добавлен 10.07.2010Загальна характеристика сталей, технологічний процес виготовлення штампу, режими термічної обробки. Перетворення під час нагрівання, охолодження та загартування. Удосконалення технологічних процесів на основі аналізу фазово-структурних перетворень сталі.
курсовая работа [301,6 K], добавлен 08.11.2010Визначення мети, предмету та методів дослідження. Опис методики обладнання та проведення експериментів. Сплав ZrCrNi як основний об’єкт дослідження. Можливості застосування та вплив водневої обробки на розрядні характеристики і структуру сплаву ZrCrNi.
контрольная работа [48,7 K], добавлен 10.07.2010Основні принципи підвищення зносостійкості порошкових матеріалів на основі заліза. Вплив параметрів гарячого штампування на структуру і властивості отримуваних пористих заготовок. Технологія отримання композитів на основі системи карбід титану-сталь.
дипломная работа [4,8 M], добавлен 27.10.2013Магнітні властивості плівкових матеріалів, феромагнітне і антиферомагнітне впорядкування. Експериментальне виявлення і вивчення гігантського магнітоопору, методика і техніка експерименту та отримання тонкоплівкових зразків. Магнітний коефіцієнт опору.
курсовая работа [3,4 M], добавлен 28.03.2012Розробка системи керування фрезерним верстатом ЧПК на основі Arduino Uno. Мікроконтроллер та драйвер крокового двигуна. Огляд кнопки аварійного керування. Програмна реалізація та математичне моделювання роботи системи, техніко-економічне обґрунтування.
дипломная работа [6,3 M], добавлен 17.02.2022Вибір методу та об’єкту дослідження. Дослідження впливу перепадів температур на в’язкість руйнування структури та температури при транскристалітному руйнуванні сплаву ЦМ-10. Вплив релаксаційної обробки на в’язкість руйнування сплавів молібдену.
реферат [99,0 K], добавлен 10.07.2010Вибір, обґрунтування технологічного процесу термічної обробки деталі типу шпилька. Коротка характеристика виробу, що піддається термічній обробці. Розрахунок трудомісткості термічної обробки. Техніка безпеки, електробезпеки, протипожежні міри на дільниці.
курсовая работа [70,6 K], добавлен 10.09.2012
