Введение к работе
Актуальность темы. Проблема взаимодействия водорода с металлами более 150 лет привлекает широкий круг исследователей. Объем журнальных публикаций по различным аспектам данной тематики постоянно растет. Как в России, так и за рубежом появляются многочисленные монографии и обзоры. В них затрагиваются фундаментальные вопросы состояния водорода в металлах, механизма аномально высокой диффузионной подвижности водорода в металлах, последствия неизбежного и во многих случаях нежелательного присутствия водорода в конструкциоЕПШХ материалах. Однако, в последнее время было показано, что присутствие водорода в металлах может также и благотворно сказываться на ряде технологических или эксплуатационных свойств сплавов. Это обстоятельство заставило изменить преобладающий односторонний взгляд на механические аспекты взаимодействия водорода с металлами.
Различают два подхода к изучению влияния водорода на механическое поведение металлов и сплавов. При традиционном подходе процесс исследования разделяют на две стадии — сначала осуществляется формирование структуры материала при его насыщении водородом, а затем исследуется влияние структуры на особенности поведения сплава при механическом нагружении. Однако, поскольку внедрение водорода приводит к нарушению механического равновесия кристаллической решетки, возникновению полей напряжений, то все большее признание получает подход, в котором процессы насыщения водородом и механического нагружения совмещаются. Введение водорода в образец происходит непосредственно в ходе механических испытаний, осуществляется так называемое «динамическое наводороживание».
Исследования в обоих направлениях ведутся весьма активно. В частности, накоплен обширный экспериментальный материал о поведении сплавов металл V группы — водород при механических воздействиях. В рамках первого подхода открыты: твист-эффект, эффект пластичности превращения, памяти формы, деформации ориентированного превращения, наблюдаемые при фиксированном составе сплавов. Позже обнаружены их концентрационные аналоги, наблюдаемые при «динамическом» насыщении образцов в рамках второго подхода.
Эти события породили проблему объяснения обнаруженных эффектов с единых позиций, поскольку логичным было бы считать, что в их основе лежит деформационное взаимодействие атомов водорода друг с другом, порождающее макроскопические деформационные эффекты.
Встал вопрос о более тщательном теоретическом исследовании природы этих явлений, до сих пор не получивший должного освещения в научной литературе. Таким образом, целью данной работы явилась попытка найти решение поставленной проблемы.
Цель работы состоит в построении гипотезы о механизме обнаруженных эффектов, создании на ее основе теоретической модели и соответствующей методики расчета механического последействия в зависимости от температуры, содержания водорода в сплаве и величины приложенной нагрузки.
Научная новизна результатов. Впервые предложено физическое описание механизма эффектов пластичности превращения, памяти формы, деформации ориентированного превращения и твист-эффекта.
Построена адекватная математическая модель, описывающая все деформационные эффекты при изменении температуры и внешней силы для сплавов постоянного состава, а также для сплавов, состав которых изменяется в процессе эксперимента.
Выполнены расчеты деформационного отклика двухфазных сплавов постоянного состава в зависимости от температуры и напряжений; сплавов переменного состава в зависимости от напряжений и концентрации водорода в металле при изотермических испытаниях.
Предсказана возможность наблюдения в исследуемых системах концентрационного твист-эффекта, заключающегося в самопроизвольной деформации образца ненагруженного сплава при достижении в нем критической концентрации водорода.
Практическое значение работы определяется тем, что полученные в ней результаты позволяют прогнозировать реакцию материала, содержащего водород или поглощающего водород из окружающей среды, на приложение нагрузки или изменение температуры.
Достоверность результатов обеспечена соответствием экспериментальных и теоретических данных, а также применением современных расчетных методов.
Автор защищает:
-
Гипотезу о кластерном упорядочении в двухфазных сплавах металл — водород при температурных, механических воздействиях, а также при изменении состава сплава.
-
Результаты расчетов эффектов пластичности превращения, памяти формы, деформации ориентированного превращения и твист-эффекта для сплавов постоянного состава.
-
Результаты расчетов деформационного отклика при изотермическом нагружении сплавов переменного состава.
-
Теоретический вывод о наличии концентрационного твист-эффекта.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на IV международной конференции «Прочность и пластичность материалов в условиях внешних энергетических воздействий» (г.Новокузнецк, 1995 г.), XV уральской школе металловедов-термистов «Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов» (г.Екатеринбург, 2000 г.), V Международной школе-семинаре «Эволюция дефектных структур в конденсированных средах» (г.Барнаул, 2000 г.) и на научных семинарах кафедры физики твердого тела ПГУ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы (81 библиографическая ссылка). Она изложена на 74 страницах, содержит 27 рисунков и 4 таблицы.
