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

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.

эмиссия дислокаций, вершина трещины, HELP-механизм, AIDE-механизм, HEDE-механизм, dislocation emission, crack tip, HELP mechanism, AIDE mechanism, HEDE mechanism

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.