Виявлення впливу вуглецю на міжатомну взаємодію сплавів на основі заліза і нікелю (стр. 5 из 5)

Для перевірки факту впливу атомів проникнення на міжатомну взаємодію в Fe-Cr-Mn-Ni-C аустеніті, було використано мессбауерівську спектроскопію в геометрії розсіяння [4].

Аналіз надтонкої структури мессбауерівських спектрів розсіювання в Fe-Cr-Mn-Ni-C аустеніті показав, що спектри представляють собою суперпозицію трьох компонент, яки відносяться до атомів Fe в різних сусідствах з атомами проникнення та заміщення.

Проведено вимірювання концентраційної залежності компонент спектру та ізомерних зсувів. Показано, що підвищення концентрації вуглецю в межах 0,7% збільшує s – електронну щільність на атомах Fe, які мають перших сусідів атоми C, але не змінює імовірність поглинання

- квантів без віддачі , що свідчить про незмінність взаємодії Me-Me. Отримані засобами мессбауерівської спектроскопії дані узгоджуються з результатами досліджень непружного розсіяння нейтронів в цій сталі.

Для розширення уявлень про термічне розширення інварних Fe-Ni сплавів та вплив на нього вуглецю провели дослідження міжатомної взаємодії цих сплавів [5] за допомогою вимірювань швидкості ультразвуку та визначили пружні модулі та характеристичну температуру

.

Показано, що додаткове ведення 0,97% С у сплав з 29,7% Ni зменшує поздовжню

та поперечну швидкості ультразвуку і наближає їх до значень швидкості ультразвуку в інварі Fe–36,0% Ni. При розчиненні вуглецю густина сплаву зменшується. Легування вуглецем 0,55% C сплаву з концентрацією нікелю біля 36% (Fe–36,1% Ni–0,55% C) зменшує тільки і підвищує величину (табл. 5). З отриманих даних випливає, що вуглець неоднозначно впливає на швидкості УЗ з різною поляризацією в залежності від концентрації Ni у сплаві.

Таблиця 5. Значення відносних змін густини, швидкостей УЗ, модулів пружності, коефіцієнта Пуассона та температури Дебая для Fe-Ni сплавів при зменшенні концентрації Ni від 36 до 30% в бінарних сплавах і при легуванні вуглецем сплавів з концентрацією Ni біля 36% та 30% відповідно.

Зміна складу сплаву	, %	, %	, %	, %	, %	, %	, %	, %	, %
36,0%Ni®30,3%Ni	+5,6	+3,7	+8,0	+14,2	+17,3	+0,7	-25,3	+7,9	-14,2
30,3%Ni®29,7%Ni-0,97%C	-2,9	-4,1	-5,9	-12,9	-14,0	-7,6	+7,8	-6,4	+6,3
36,0%Ni®36,1%Ni-0,55%C	+0,1	+3,7	-3,5	-3,2	-6,7	+19,0	+18,2	-2,7	+18,9

Зменшення концентрації Ni від 36% до 30,3% збільшує всі пружні модулі і зменшує коефіцієнт Пуассона

(табл. 5). Додавання 0,55% вуглецю в інварний сплав (Fe–36,1% Ni–0,55% C) викликає зменшення та на 3,2% і 6,7% відповідно (табл. 5). При легуванні вуглецем коефіцієнт Пуассона зріс від аномально низького значення 0,253 для сплаву Fe–36,0%Ni до 0,296-0,299 для сплаву Fe–36,1% Ni–0,55% C (на 18,2%), наближаючись до значення, властивого чистим металам.

У сплаві з меншим вмістом Ni (Fe–29,7% Ni–0,97% C), модулі Юнга

та зсуву зменшились на 12,9% та 14% (табл. 6), а об’ємний модуль на 7,6% у порівнянні з бінарним сплавом Fe-30,3% Ni, наближаючись до значень , , для сплаву Fe–36,0% Ni. При легуванні вуглецем коефіцієнт Пуассона хоча і збільшився на 7,8% (табл. 5), але залишився аномально низьким 0,236.

Зміни швидкості ультразвуку та виникнення дефекту модулів

, , при легуванні вуглецем інварних сплавів можуть бути пов’язані з його впливом на міжатомну взаємодію через вплив на магнітну структуру.

Отримані дані свідчать про те, що при легуванні вуглецем як сплаву з ~30% Ni, так і з ~36% Ni спостерігається зменшення значення

, , та . Це означає, що вуглець зменшує взаємодію Me-Me в ГЦК Fe-Ni сплавах через підсилення магнітного внеску. На нашу думку, це відбувається завдяки відносній близькості температури вимірювань до температури Кюрі з боку нижчих температур. Саме завдяки послабленню жорсткості міжатомної взаємодії, (тобтозменшенню крутизни залежності останньої від міжатомної відстані) полегшується компенсація магнітострикційного походження теплового розширення сплаву при зміні температури нижче точки Кюрі, що зменшує температурний коефіцієнт лінійного розширення Fe-Ni-C сплавів до аномально низького значення [2] та викликає дефект модулів [5].

ВИСНОВКИ

1. Легування вуглецем в межах 0,55-0,61% інварного сплаву, який містить біля 36% Ni, підвищує температурний коефіцієнт термічного розширення при температурах нижчих за кімнатну і зменшує його при температурах вище 300 К, а також розширює температурний діапазон низького значення

у порівнянні з бінарним сплавом Fe-36% Ni.

2. Дилатометричний аналіз показав, що вуглець та вуглець в комбінації з марганцем (0,8%) у сплаві, який містить біля 30% Ni, зменшує ТКЛР в інтервалі температур 110-380 K майже на порядок у порівнянні з ТКЛР сплавів Fe-Ni та Fe–Ni–Mn, які не містять вуглець, і наближає його до величини

= (1,3-5,4) 10^-6 K^-1, а також розширює температурний діапазон з мінімальним значенням . Додаткове легування марганцем (0,4-0,8%) підвищує верхню границю низького значення ТКЛР на ~20 К.

3. Магнітометричні дослідження показали, що вуглець розширює температурний діапазон інварної аномалії в сплаві з 30% Ni в результаті підвищення температури Кюрі на 80-90К та зниження мартенситної точки до температури нижчої за точку кипіння рідкого азоту.

4. Показано, що відпал Fe-Ni-C сплавів при 773 К збільшує величину ТКЛР і звужує температурний інтервал низького значення

, що обумовлено зменшенням кількості вуглецю в твердому розчині в результаті графітизації і зміною магнітної структури.

Література

1. Дослідження впливу деформації металу на взаємодію з середовищем на атомному рівні / В.І. Похмурський, В.І. Копилець, О.І. Балицький, С.А. Корній // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 1996. – № 3. – С. 16 – 19.

2. Похмурський В.І., Копилець В.І., Корній С.А. Квантово-хімічне моделювання селективного розчинення латуні та цинк-алюмінієвого сплаву // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 1998. – № 2. – С. 29 – 33.

3. Теоретико-експериментальне дослідження селективного розчинення a-латуні / В. Копилець, О. Калахан, С. Корній, Н. Червінська, Л. Батюк // Фіз.-хім. механіка матеріалів. Спец. випуск № 1 "Проблеми корозії та протикорозійного захисту матеріалів". – 2000.– Т.1. – С. 182 – 185.

4. Копилець В.І., Корній С.А. Параметризація квантово-хімічного методу MNDO для розрахунку адсорбції на перехідних металах // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2002. – № 2. – С. 120 – 121.

5. Корній С., Копилець В. Використання методів квантової хімії до моделювання анодного розчинення легованих корозійно-тривких сталей // Фіз.-хім. механіка матеріалів. Спец. випуск № 3 "Проблеми корозії та протикорозійного захисту матеріалів". – 2002.– Т.1. – С. 380 – 384.

6. Корній С.А. Анодне розчинення граней монокристала міді у хлоридовмісному водному середовищі // Фіз.-хім. механіка матеріалів. – 2003. – № 2. – С. 118-119.