Preview

Известия Юго-Западного государственного университета

Расширенный поиск

МЕХАНИЗМЫ ВОДОРОДНОГО РАСТРЕСКИВАНИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ, СВЯЗАННЫЕ С УСИЛЕНИЕМ ДИСЛОКАЦИОННОЙ АКТИВНОСТИ

https://doi.org/10.21869/2223-1560-2017-21-2-32-47

Полный текст:

Аннотация

В работе рассмотрены модели водородного растрескивания металлов и сплавов, основанные на взаимодействии водорода с дислокациями. Показано, что определяющая роль эмиссии дислокаций в AIDE-механизме, в свою очередь, подобна HELP, за исключением того, что деформации могут быть еще более локализованными, чем для коалесценции микропустот, связанной с HELP, так как напряжения, необ-ходимые для распространения дислокаций, достаточно высоки для повышения общей дислокационной активности в пластической зоне перед трещинами. Это приводит к образованию небольших пустот на пересекающихся полосах скольжения. Отмечено что, рост трещины происходит в основном за счет эмиссии дислокаций. Тем не менее, эмиссия дислокаций к вершинам трещин и образование пустот впереди трещин также вносят свой вклад. При этом образование пустот впереди трещины помогает поддер-живать малый радиус вершины трещины и малые углы раскрывающейся вершины трещины. Рассмотрен вопрос о том, как происходит рост трещины в инертных средах для пластичных материалов. Пластичный рост трещины происходит преимущественно из-за дислокаций, зарождающихся от источников в пластической зоне впереди вершины трещины и движущихся обратно на поверхности вершины трещины, с небольшим или нулевым выбросом дислокаций, происходящих из вершины трещины. Небольшое количество дислокаций, выходящих из источников ближайших к вершине трещины, будет точно пересекать вершину трещины, чтобы произвести продвижение трещины - большинство будет только производить притупление или способствовать деформации впереди трещин. Поэтому необ-ходимы большие деформации впереди трещины, чтобы произвести рост трещин с помощью коалес-ценции микропустот и глубоких впадин, с более мелкими углублениями в них, которые производятся на поверхностях разрушения. Показано, что механизм растрескивания, производимый в результате AIDE-механизма, будет межзеренным или транскристаллитным в зависимости от того, где наиболее легко будет происходить распространение дислокаций и образование пустот. Для транскристаллитного растрескивания, альтер-нативное скольжение на плоскостях по обе стороны от трещины будет иметь тенденцию сведения к минимуму обратного напряжения от ранее испущенных дислокаций. Макроскопическая плоскость для транскристаллитного растрескивания при этом будет разделять угол между плоскостями скольжения, и фронт трещины будет лежать вдоль линии пересечения плоскостей трещин и плоскостей скольжения. Тем не менее, отклонения от плоскостей и направлений с низким показателем преломления будут иметь место, если неодинаковое количество скольжений произошло по обе стороны от трещины вследствие больших различий в сдвиговых напряжениях на разных плоскостях скольжения. Отклонения плоскостей разрушения в отсутствие низкого индекса плоскостей также могут возникнуть в зависимости от расположения зародышевых пустот впереди трещин. Подробное описание связи между воздействием водорода на поведение дислокаций и вакансий, локализацию скольжения и водородную хрупкость недостаточно развито и остается серьезной проблемой, решение которой может быть осуществлено с помощью описания кинетики процесса водородного охрупчивания. Благодаря своей сложной природе, HELP и AIDE-механизмы могут быть способны внести свой вклад в охрупчивание, как при растрескивании, так и при образовании ямочек, связанных с пластичным разрушением.

Об авторах

Н. Н. Сергеев
Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого
Россия


С. Н. Кутепов
Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого
Россия


А. Е. Гвоздев
Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого
Россия


Е. В. Агеев
ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет»
Россия


Список литературы

1. McNabb A., Foster P. K. A new analysis of the diffusion of hydrogen in iron and ferritic steels // Trans. Met. Soc. AIME. 1963. V. 227. № 3. P. 618-627.

2. Dayal R.K. Parvathavarthini N. Hydrogen embrittlement in power plant steels // Sadhana. 2003. V. 28. P. 431-451.

3. Развитие повреждаемости и обезуглероживание высокопрочных низколегированных сталей в условиях водородного охрупчивания / Н.Н. Сергеев, А.Н. Чуканов, В.П. Баранов, А.А. Яковенко // МиТОМ. 2015. № 2. С. 4-9.

4. Накопление и транспорт водорода в ферритно-мартенситной стали РУСФЕР-ЭК-181 / Е.А. Денисов, Т.Н. Компаниец, М.А. Мурзинова, А.А. Юхимчук (мл.) // ЖТФ. 2013. Т. 83. № 6. С. 38-44.

5. Lynch S.P. Hydrogen embrittlement phenomena and mechanisms // Corrosion Reviews 30. 2012. P. 105-123.

6. Нагорных И.Л. Молекулярно-динамическое моделирование поведения системы железо-водород при деформировании: автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук: 01.04.17. Ижевск, 2011. 20 с.

7. Кутепов С.Н. Водородное усиление локализации пластичности в металлах и сплавах // Физико-химия и технология неорганических материалов: сб. мат. XIII Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов. (18-21.10.2016, Москва). М.: ИМЕТ РАН, 2016. С. 40-41.

8. Власов Н.М., Зазноба В.А. Влияние атомов водорода на подвижность краевых дислокаций // ФТТ. 1999. Т. 41. № 3. С. 451-453.

9. Beachem C.D. A new model for hydrogen assisted cracking (hydrogen embrittlement) // Metall. Trans. 1972. V.3. P. 437-451.

10. Birnbaum H.K., Sofronis P. Hydrogen-enhanced localized plasticity - a mechanism for hydrogen-related fracture // Mater. Sci. Eng., A. 1994. V. 176A. P.191-202.

11. Robertson I.M. The effect of hydrogen on dislocation dynamics // Engineering Fracture Mechanics. 1999. V. 64. P. 649-673.

12. Lynch S.P. Chapter 2: Hydrogen embrittlement (HE) phenomena and mechanisms // Stress Corrosion Cracking. Woodhead Publishing Limited. 2011. P. 90-130.

13. Hirth J. P. Effects of hydrogen on the properties of iron and steel // Metall. Trans. A. 1980. V. 11A. P. 861 - 890.

14. Eastman J., Matsumoto T., Narita N., Heubaum F., Birnbaum H.K. Hydrogen effects in nickel embrittlement or enhanced ductility? // in Proc. of Int. Conf. on Hydrogen in Metals, I. M. Bernstein and A. W. Thompson, eds. AIME: New York, 1980. P. 397-409.

15. Matsumoto T., Eastman J., Birnbaum H.K. Direct observations of enhanced dislocation mobility due to hydrogen // Scripta Metall. 1981. V. 15. P. 1033-1037.

16. Lynch S.P. A Fractograpic Study of Gaseous Hydrogen Embrittlement and Liquid-Metal Embrittlement in a Tempered Martensitic Steel // Acta Metall. 1984. V. 32 № 1. P. 79-90.

17. Lynch S. P. A fractographic study of hydrogen-assisted cracking and liquid-metal embrittlement in nickel // J. Mater. Sci. 1986. V. 21. P. 692-704.

18. Lynch S. P. Hydrogen embrittlement phenomena and mechanisms // Corrosion Reviews 30. 2012. P. 105-123.

19. Lynch S. P. Progress towards understanding mechanisms of hydrogen embrittlement and stress corrosion cracking // CORROSION 2007. 2007. P. 1-55.

20. Barnoush A., Vehoff H. Electrochemical nanoindentation: A new approach to probe hydrogen/deformation interaction // Scripta Mater. 2006. V. 55. P. 195-198.

21. Barnoush A., Asgari M., Johnsen R. Resolving the hydrogen effect on dislocation nucleation and mobility by electrochemical nanoindentation // Scripta Mater. 2012. V. 66. P. 414-417.

22. Nagumo M. Hydrogen related failure of steels - a new aspect // Mater. Sci. Tech. 2004. V. 20. P. 940-950.

23. McLellen R.B., Xu Z.R. Hydrogen-induced vacancies in the iron lattice // Scripta Mater. 1997. V 36. P. 1201-1205.

24. Cuitino A.M., Ortiz M., Ductile fracture by vacancy condensation in F.C.C. single crystals // Acta Mater. 1996. V. 44. P. 427-436.

25. Кулабухова А.А. Исследование процессов абсорбции и диффузии водорода в ГЦК металлах методом молекулярной динамики: дис. … канд. физ.-мат. наук: 01.04.07. Барнаул, 2014. 152 с.

26. Нагорных И.Л. Железо и водород. Исследования методами компьютерного эксперимента. Saarbruken, Deutchland: LAMBERT Academic Publishing, 2012. 130 c.

27. Нагорных И.Л., Бесогонов В.В., Бурнышев И.Н. О выборе потенциалов межатомного взаимодействия для системы Fe-H в приближении метода погруженного атома // Вестник ИжГТУ. 2011. № 1. С. 114-117.

28. Нагорных И.Л., Бурнышев И.Н. Численное моделирование влияния водорода на поведение кристаллов Al, Fe, Ni и Pd при растяжении // Химическая физика и мезоскопия. 2013. Т. 14. № 4. С. 604-608.

29. Технология конструкционных и эксплуатационных материалов: учебник / А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, В.И. Золотухин, Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, А.Д. Бреки; под ред. А.Е. Гвоздева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 351 с.

30. Организация и планирование деятельности предприятий сервиса: учебное пособие / Ю.С. Дорохин, А.Н. Сергеев, К.С. Дорохина, Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, П.Н. Медведев, А.В. Сергеева, Д.В. Малий. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 380 с.

31. Триботехнические свойства композиционных покрытий с полиимидными матрицами и наполнителями из наночастиц дихалькогенидов вольфрама для узлов трения машин: монография / А.Д. Бреки, В.В. Кудрявцев, А.Л. Диденко, Е.С. Васильева, О.В. Толочко, Н.Н. Сергеев, Н.Е. Стариков, А.Е. Гвоздев; под ред. А.Д. Бреки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 128с.

32. Эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт автомобиля: учебное пособие / Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, А.Н. Сергеев, К.Г. Мирза, Ю.С. Дорохин, Д.М. Хонелидзе. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 160 с.

33. Основы технологической подготовки: учеб. пособие / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, А.Д. Бреки, Д.А. Провоторов, В.И. Золотухин, Н.Е. Стариков, П.Н. Медведев, Д.В. Малий, Ю.С. Дорохин, Д.Н. Боголюбова, А.А. Калинин, О.В. Кузовлева, К.Н. Старикова, С.Н. Кутепов, Д.М. Хонелидзе, В.В. Новикова; под ред. проф. А.Е. Гвоздева. Изд. 2-е испр. и доп. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 187 с.

34. Материаловедение: учебник для вузов / Ф.К. Малыгин, Н.Е. Стариков, В.М. Павлов, А.Е. Гвоздев, И.В. Тихонова. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. 232 с.

35. Триботехнические характеристики жидких смазочных и полиимидных композиционных материалов, содержащих антифрикционные наночастицы дихалькогенидов вольфрама: монография / А.Д. Бреки, Е.С. Васильева, О.В. Толочко, Н.Е. Стариков, Н.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов, А.Н. Сергеев, А.Е.Гвоздев; под ред. А.Д. Бреки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. 276 с.

36. Многопараметрическая оптимизация параметров лазерной резки стальных листов / А.Е. Гвоздев, И.В. Голышев, И.В. Минаев, А.Н. Сергеев, Н.Н. Сергеев, И.В. Тихонова, Д.М. Хонелидзе, А.Г. Кол-маков // Материаловедение. 2015. № 2. С. 31-36.

37. Синтез и триботехнические свойства композиционного покрытия с матрицей из полиимида (Р-ООО) ФТ и наполнителем из наночастиц дисульфида вольфрама при сухом трении скольжения / А.Д. Бреки, А.Л. Диденко, В.В. Кудрявцев, Е.С. Васильева, О.В.Толочко, А.Г. Кол-маков, А.Е. Гвоздев, Д.А. Провоторов, Н.Е. Стариков, Ю.А. Фадин // Материаловедение. 2016. № 4. С. 44-48.

38. Постановка задачи расчета деформационной повреждаемости металлов и сплавов / А.Е. Гвоздев, Г.М. Журавлев, Н.Н. Сергеев, В.И. Золотухин, Д.А. Провоторов // Производство проката. 2015. №10. С. 18-26.

39. Триботехнические свойства композиционных покрытий на основе полигетероарилена «Р-ОДФО» с наполнителем из наночастиц диселенида вольфрама / А.Д. Бреки, Ю.А. Фадин, А.Л. Диденко, В.В. Кудрявцев, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. № 11-1. С. 133-139.

40. Триботехнические свойства композиционных покрытий на основе полигетероарилена «ДАИ» с наполнителем из наночастиц дихалькогенидов вольфрама / А.Д. Бреки, Ю.А. Фадин, А.Л. Диденко, В.В. Кудрявцев, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. № 8-2. С. 148-155.

41. Триботехнические свойства композиционных покрытий на основе полигетероарилена «Р-ОООД» с наполнителем из наночастиц диселенида вольфрама / А.Д. Бреки, Ю.А. Фадин, А.Л.Диденко, В.В. Кудрявцев, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Е.Гвоздев, Н.Е.Стариков, Д.А. Провоторов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. № 8-2. С. 181-188.

42. Выбор дисперсности наполнителя из частиц дихалькогенидов вольфрама для создания смазочного композиционного материала / А.Д. Бреки, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов, А.А. Калинин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. № 7-1. С. 235-243.

43. Оценка влияния размера частиц и концентрации порошков горных пород на противоизносные свойства жидких смазочных композиций / В.В. Медведева, М.А. Скотникова, А.Д.Бреки, Н.А. Крылов, Ю.А. Фадин, А.Н.Сергеев, Д.А. Провоторов, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. № 11-1. С. 57-65.

44. Влияние смазочного композиционного материала с наночастицами дисульфида вольфрама на трение в подшипниках качения / А.Д. Бреки, В.В. Медведева, Ю.А. Фадин, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. № 11-1. С. 78-86.

45. Оценка взаимодействия между наночастицами дихалькогенидов вольфрама в среде жидкого смазочного материала / А.Д. Бреки, О.В. Толочко, Е.С. Васильева, А.Е. Гвоздев, Д.А. Провоторов, Н.Е. Стариков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. № 7-2. С. 8-14.

46. Оценка влияния жидкого смазочного композиционного материала с наночастицами геомодификатора на трение в подшипниковом узле / А.Д. Бреки, О.В. Толочко, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов, Н.Н. Сергеев, Е.В. Агеев, А.Е. Гвоздев // Известия Юго-Западного государственного университета: Серия Техника и технологии. 2015. №3(16). С.17-23.

47. Комплексный подход к исследованию экстремальных эффектов в металлических, композиционных и нанокристаллических материалах: монография / А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, Д.А. Провоторов, В.И. Золотухин, А.Д. Бре-ки, П.Н. Медведев, М.Н. Гаврилин, Г.М. Журавлев, Д.В. Малий, Ю.С. Дорохин, Д.Н. Боголюбова, А.А. Калинин, Д.Н. Ро-маненко, И.В. Минаев, О.В. Кузовлева, Н.Е. Проскуряков, А.С. Пустовгар, Ю.Е. Ти-това, И.В. Тихонова; под ред. А.Е. Гвоздева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. 128 с.

48. Триботехнические свойства жидких смазочных композиционных материалов, содержащих полученные методом газофазного синтеза высокодисперсные дисульфид и диселенид вольфрама: монография / А.Д. Бреки, Е.С. Васильева, О.В. Толочко, Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков; под. ред. А.Д. Бреки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. 152с.

49. Жидкие смазочные композиционные материалы, содержащие высокодисперсные наполнители, для подшипниковых узлов управляемых систем: монография / А.Д. Бреки, Е.С. Васильева, О.В. Толочко, Н.Н. Сергеев, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. 144с.

50. Механические свойства конструкционных и инструментальных сталей в состоянии предпревращения при термомеханическом воздействии / А.Е. Гвоздев, А.Г. Колмаков, О.В. Кузовлева, Н.Н. Сергеев, И.В. Тихонова // Деформация и разрушение материалов. 2013. № 11. С. 39-43.

51. Гвоздев А.Е. Производство заготовок быстрорежущего инструмента в условиях сверхпластичности. М.: Машиностроение, 1992. 176 с.

52. Исследование противоизносных свойств пластичного смазочного композиционного материала, содержащего дисперсные частицы слоистого модификатора трения / В.В. Медведева, А.Д. Бреки, Н.А. Крылов, М.А. Скотникова, Ю.А. Фадин, С.Е. Александров, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов, А.Н. Сер-геев, Е.В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2016. № 1 (64). С. 75-82.

53. Триботехнические свойства пластичных смазочных композиционных материалов с наполнителями из дисперсных частиц меди и цинка / В.В. Медведева, А.Д. Бреки, Н.А. Крылов, С.Е. Александров, А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, Н.Н. Сергеев, Е.В. Агеев, А.Н. Сергеев, Д.В. Малий, Д.А. Провоторов // Известия Юго-Западного государственного университета. 2016. № 2 (65). С. 109-119.

54. Триботехнические характеристики композиционных покрытий с матрицей из полигетероарилена ПМ-ДАДФЭ и наполнителями из наночастиц дихалькогенидов вольфрама при трении скольжения в среде жидкого смазочного материала / А.Д. Бреки, А.Л. Диденко, В.В. Кудрявцев, Е.С. Васильева, О.В. Толочко, А.Г. Колмаков, Ю.А. Фадин, Н.Е. Стариков, А.Е. Гвоздев, Н.Н. Сергеев, Е.В. Агеев, Д.А. Провоторов // Известия Юго-Западного государственного университета. 2016. № 3 (66). С. 17-28.

55. Антифрикционные свойства композиционных материалов на основе алюминия, упрочнённых углеродными нановолокнами, при трении по стали 12Х / А.Д. Бреки, Т.С. Кольцова, А.Н. Скворцова, О.В. Толочко, С.Е. Александров, А.А. Лисенков, Д.А.Провоторов, Н.Н. Сергеев, Д.В. Малий, А.Н. Сергеев, Е.В. Агеев, А.Е. Гвоздев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2016. № 4 (21). С. 11-23.

56. Lynch S. P. Mechanisms and Kinetics of Environmentally Assisted Cracking: Current Status, Issues, and Suggestions for Further Work // Metall. and Mat. Trans. A - 2013. V. 44A. P. 1209-1229.

57. Lynch S. P. Hydrogen embrittlement phenomena and mechanisms // Corrosion Reviews. 30. 2012. P. 105-123.


Для цитирования:


Сергеев Н.Н., Кутепов С.Н., Гвоздев А.Е., Агеев Е.В. МЕХАНИЗМЫ ВОДОРОДНОГО РАСТРЕСКИВАНИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ, СВЯЗАННЫЕ С УСИЛЕНИЕМ ДИСЛОКАЦИОННОЙ АКТИВНОСТИ. Известия Юго-Западного государственного университета. 2017;21(2):32-47. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2017-21-2-32-47

For citation:


Sergeev N.N., Kutepov S.N., Gvozdev А.Е., Ageev E.V. DISLOCATION INDUCED MECHANISMS OF HYDROGENE EMBRITTLEMENT OF METALS AND ALLOYES. Proceedings of the Southwest State University. 2017;21(2):32-47. (In Russ.) https://doi.org/10.21869/2223-1560-2017-21-2-32-47

Просмотров: 43


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2223-1560 (Print)
ISSN 2686-6757 (Online)