О поведении водорода в металлических сплавах
https://doi.org/10.22405/2226-8383-2022-23-5-241-257
Аннотация
В статье рассмотрено взаимодействие водорода с дефектами кристаллического строения в металлах и сплавах. Приведена классификация водородных ловушек с точки зрения их энергетических уровней. Рассмотрены различные виды взаимодействий водо-родных ловушек, в зависимости от их энергии связи. Изучено влияние водородных ловушек на
коэффициент диффузии водорода в стали. Показано, что наличие в металлах высокоэнергетических водородных ловушек приводит к снижению диффузионной подвижности водорода, который тем самым исключается из процесса охрупчивания.
Ключевые слова
водородное охрупчивание,
водородные ловушки,
диффузия водорода,
энергия связи,
дислокации,
границы раздела.
Об авторах
Сергей Николаевич Кутепов
Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого
Россия
Россия
кандидат педагогических наук, доцент
Александр Евгеньевич Гвоздев
Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого
Россия
Россия
доктор технических наук, профессор
Ольга Владимировна Кузовлева
Российский государственный университет правосудия
Россия
Россия
кандидат технических наук, доцент
Денис Сергеевич Клементьев
Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого
Россия
Россия
аспирант
Список литературы
1. Hydrogen interactions with defects in crystalline solids / S.M. Myers, M.I. Baskes, H.K. Birnbaum,
2. J.W. Corbett, G.G. DeLeo, S.K. Estreicher, E.E. Mailer, P. Jena, N.M. Johnson, R.
3. Kirchheim, S.J. Pearton, M.J. Stavola // Rev. Mod. Phys. 1992. Vol. 64. № 2. P. 559–617.
4. Сергеев Н.Н., Кутепов С.Н. О взаимодействии водорода с дефектами кристаллической
5. решетки в металлах и сплавах // Известия Тульского государственного университета.
6. Технические науки. 2017. Вып. 4. С. 131–141.
7. Накопление и транспорт водорода в ферритно-мартенситной стали РУСФЕР-ЭК-181 /
8. Е.А. Денисов, Т.Н. Компаниец, М.А. Мурзинова, А.А. Юхимчук (мл.) // Журнал техни-
9. ческой физики. 2013. Т. 83. № 6. С. 38–44.
10. Развитие повреждаемости и обезуглероживание высокопрочных низколегированных ста-
11. лей в условиях водородного охрупчивания / Н.Н. Сергеев, А.Н. Чуканов, В.П. Баранов,
12. А.А. Яковенко // Металловедение и термическая обработка металлов. 2015. № 2. С. 4–9.
13. Dabah E., Lisitsyn V., Eliezer D. Performance of hydrogen trapping and phase transformation
14. in hydrogenated duplex stainless steels // Mater. Sci. Eng., A. 2010. Vol. 527. pp. 4851–4857.
15. Bernstein I.M., Pressouyre G.M. The role of traps in the microstructural control of hydrogen
16. embrittlement of steels // Hydrogen degradation of ferrous alloys; Editors R.A. Oriani, J.P.
17. Hirth and M. Smialowski. Noyes Publications. New Jersey, 1985. pp. 641–685.
18. Pressouyre G.M., Bernstein I.M. An example of the effect of hydrogen trapping on hydrogen
19. embrittlement // Metall. Trans. A. 1981. Vol. 12A. P. 835–844.
20. McNabb A., Foster P.K. A new analysis of the diffusion of hydrogen in iron and ferritic steels
21. // Trans. Met. Soc. AIME. 1963. Vol. 227. № 3. pp. 618–627.
22. Lee H.G., Lee J.Y. Hydrogen trapping by TiC particles in iron // Acta Metall. 1984. Vol. 32.
23. pp. 131–136.
24. Johnson H.H. Hydrogen in iron // Metall. Trans. A. 1988. Vol. 19A. P. 691–707.
25. Iino M. Hydrogen-defect interactions and hydrogen-induced embrittlement in iron, steel and
26. other metals // Proceedings of Conference on Hydrogen and Materials. Beijing, China. 9-13
27. May 1988. pp. 1–8.
28. Oriani R.A. The diffusion and trapping of hydrogen in steel // Acta Metall. 1970. Vol. 18. pp.
29. –157.
30. Pressouyre G.M., Bernstein I.M. A kinetic trapping model for hydrogen-induced cracking //
31. Acta Metall. 1979. Vol. 27. pp. 89–100.
32. Pressouyre G.M. A classification of hydrogen traps in steel // Metall. Trans. A. 1979. Vol. 10A.
33. pp. 1571–1573.
34. Hirth J.P. Effects of hydrogen on the properties of iron and steel // Metall. Trans. A. 1980.
35. Vol. 11A. pp. 861–890.
36. Pressouyre G.M. Trap theory of hydrogen embrittlement // Acta Metall. 1980. Vol. 28. pp.
37. –911.
38. Использование водородных ловушек для контроля процесса водородного растрескивания
39. сварных соединений высокопрочных сталей / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов,
40. А.Е. Гвоздев, Н.Е. Стариков, О.В. Пантюхин // Известия Тульского государственного
41. университета. Технические науки. 2018. Вып. 4. С. 344–356.
42. Troiano A.R. The role of hydrogen and other interstitials in the mechanical behavior of metals
43. // Trans. of The ASM. 1960. Vol. 52. pp. 54–80.
44. Weinstein M., Elliott J.F. Solubility of hydrogen in liquid iron alloys // Trans. Met. Soc. AIME.
45. Vol. 227. № 3. pp. 382–393.
46. Sigworth G.K., Elliot J.F. The thermodynamics of liquid dilute iron alloys // Met. Sci. 1974.
47. Vol. 8. pp. 298–310.
48. Mabuchi H., Nakao H. The effects of excess aluminum on mechanical properties of Mn-Mo,
49. Mn-Mo-Ni and Mn-Mo-Ni-Cr steels with regard to solute interactions // Trans. ISIJ. 1983.
50. Vol. 23. pp. 504–512.
51. Oates W.A., Flanagan T.B. The Solubility of Hydrogen in Transition Metals and Their Alloys
52. // Prog. Solid State Chem. 1981. Vol. 13. № 3, pp. 193–283.
53. Olson D.L., Maroef I., Lensing C., Smith D., Wildeman T., Eberhart M. // in book: Hydrogen
54. Management in Steel Weldments; ed. J.L. Davidson and D.L. Olson. Melbourne, Australia,
55. DSTO and WTIA. 1996. pp. 1–19.
56. Iino M. A more generalized analysis of hydrogen trapping // Acta Metall. 1982. Vol. 30. pp.
57. –375.
58. Hirth J.P. Lothe J. Theory of dislocations; 2rid ed. New York: Wiley, 1982. 857 p.
59. Кутепов С.Н. О некоторых аспектах взаимодействия водорода с дислокационными скоп-
60. лениями в металлах и сплавах // XIV Российская ежегодная конференция молодых науч-
61. ных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов»
62. Москва. 17-20 октября 2017 г. / Сб. материалов. М.: ИМЕТ РАН, 2016. С. 42–44.
63. Kirchheim R., Hirth J.P. Hydrogen adsorption at cracks in Fe, Nb and Pd // Scr. Metall. 1982.
64. Vol. 16. pp. 475–478.
65. Zhang T.-Y., Hack J. The equilibrium concentration of hydrogen atoms ahead of a mixed mode
66. I-mode III crack tip in single crystal iron // Metall. Mater. Trans. A. 1999. Vol. 30A. pp.
67. –159.
68. Hirth J.P., Carnahan B. Hydrogen adsorption at dislocations and cracks in Fe // Acta Metall.
69. Vol. 26. pp. 1795–1803.
70. Influence of titanium and carbon contents on the hydrogen trapping of microalloyed steels / R.
71. Valentini, A. Solina, S. Matera, P. Gregorio // Metall. Mater. Trans. A. 1996. Vol. 27A. № 12.
72. pp. 3773–3780.
73. Pressouyre G.M., Bernstein I.M. A quantitative analysis of hydrogen trapping // Metall. Trans.
74. A. 1978. Vol. 9A. pp. 1571–1580.
75. Lee H. G. Hydrogen trapping by TiC particles in iron / H. G. Lee, J. Y. Lee // Acta Metall.
76. Vol. 32. pp. 131–136.
77. Lee S.M., Lee J.Y. The trapping and transport phenomena of hydrogen in nickel // Metall.
78. Ma-ter. Trans. A. 1986. V. 17A. pp. 181—187.
79. Huang X.Y, Mader W., Kirchheim R. Hydrogen and oxygen at metal/oxide interfaces // Acta
80. Metall. et Mater. 1991. Vol. 39. № 5. pp. 893–907.
81. McLellan R.B. Thermodynamics and diffusion behavior of interstitial solute atoms in nonperfect
82. solvent crystals // ActaMetall, 1979. Vol. 27. pp. 1655–1663.
83. Fromm E., Gebhardt E. Gase und Kohlenstoff in Metallen. Springer-Verlag, Berlin, 1976.
84. Kirchheim, R. Interaction of hydrogen with dislocations in palladium – II. Interpretation of
85. activity results by a Fermi-Dirac distribution / R. Kirchheim // Acta Metall. 1981. Vol. 29. №
86. pp. 845–853.
87. Krom A., Bakker A. Hydrogen trapping models in steel // Metall. Trans. B. 2000. Vol. 31B.
88. pp. 1475-1482.
89. Власов Н.М., Зазноба В.А. Влияние атомов водорода на подвижность краевых дислокаций
90. // Физика твердого тела. 1999. Т. 41. № 3. С. 451–453.
91. Кутепов С.Н. Водородное усиление локализации пластичности в металлах и сплавах //
92. Сб. матер. XIII Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспи-
93. рантов «Физико-химия и технология неорганических материалов». М.: ИМЕТ РАН, 2016.
94. С. 40-41.
95. Нагорных И.Л., Бурнышев И.Н. Молекулярно-динамическое моделирование поведения
96. краевой дислокации с водородной атмосферой Коттрелла в альфа-железе // Химическая
97. физика и мезоскопия. 2015. Т. 17. № 1. С. 111–116.
98. A study of internal hydrogen embrittlement of steels / G.P. Tiwari, A. Bose, J.K. Chakravartty,
99. S.L. Wadekar, M.K. Totlani, R.N. Arya, R.K. Fotedar // Mater. Sci. Eng., A. 2000. A286. pp.
100. –281.
101. Koiwa M. Trapping effect in diffusion of interstitial impurity atoms in BCC lattices // Acta
102. Metall. 1974. Vol. 22. pp. 1259–1268.
103. Luppo M.I., Ovejero-Garcia J. The influence of microstructure on the trapping and diffusion
104. of hydrogen in a low carbon steel // Corrosion Science. 1991. Vol. 32. № 10. pp. 1132–1136.
Рецензия
Для цитирования:
Кутепов С.Н., Гвоздев А.Е., Кузовлева О.В., Клементьев Д.С. О поведении водорода в металлических сплавах. Чебышевский сборник. 2022;23(5):241-257. https://doi.org/10.22405/2226-8383-2022-23-5-241-257
For citation:
Kutepov S.N., Gvozdev A.E., Kuzovleva O.V., Klementyev D.S. On the behavior of hydrogen in metal alloys. Chebyshevskii Sbornik. 2022;23(5):241-257. (In Russ.) https://doi.org/10.22405/2226-8383-2022-23-5-241-257
Просмотров:
275
Послать статью по эл. почте 