Содержание к диссертации
Введение
1 Изучение влияния примесных атомов меди на мессбауэровские спектры оС - Fe 7
1.1. Анализ существующих моделей сверхтонких взаимодействий и природы Н^* на ядрах feв оцк решетке железа 8
1.2. Свойства сплавов железа с малым содержанием меди .....24
1.3. Мессбауэровское исследование сплавов на основе о( -ре с малым содержанием меди 27
2. Применение мессбауэровской спектроскопии для исследования распада твердых растворов на основе оС-Fe 37
2.1. Анализ теорий образования специальных карбидов 38 2.I.I. Описание установки и методики измерений «50
2.2. Применение мессбауэровской спектроскопии для исследования процессов распределения атомов в твердых растворах на основе cL - Fe . 52
2.3. Исследование процессов карбидообразования в стали I2XH3A 57
2.4. Исследование процессов распределения легирующих элементов в стали І5ХН5МФ после повторно-статического разрушения 64
3. Образование карбидов при отпуске сталей 68
3.1. Применение мессбауэровской спектроскопии для изучения процессов образования карбидов при отпуске сталей 68
3.2. Влияние легирующих элементов на свойства карбидов железа ... 73
3.3. Исследование структуры карбидов, выделенных из сталей
3.4. Исследование процессов карбидообразования в стали
Исследование карбидных фаз, выделяющихся при отпуске сложнолегированной стали 88
Выводы 92
Приложения
I. Рисунки 94
II. Таблицы 120
IIi. Литература 129
- Анализ существующих моделей сверхтонких взаимодействий и природы Н^* на ядрах feв оцк решетке железа
- Анализ теорий образования специальных карбидов 38 2.I.I. Описание установки и методики измерений
- Применение мессбауэровской спектроскопии для изучения процессов образования карбидов при отпуске сталей
Анализ существующих моделей сверхтонких взаимодействий и природы на ядрах feв оцк решетке железа
Первое слагаемое Не в этом выражении связано с поляризацией внутренних S -оболочек. Согласно его молено записать в виде где S и S - спиновые плотности Ь -электронов на ядре со спином, направленными вверх и вниз, соответственно; J9 - магнетон Бора. Спаренные S -электроны с противоположно направленными спинами взаимно компенсируют друг друга и должны давать нулевой вклад в Нэфф. Однако, как показали Ватсон и Фримен /2/, поле на ядрах Fe можно понять, учитывая поляризацию внутренних о -электронов ионного остова, вызванную результирующим спином 3d -электронов. Вследствие такого механизма создается результирующая плотность неспаренных спинов внутренних S -электронов.
Возникновение результирующей плотности неспаренных спинов вызвано тем, что в системах с отличным от нуля спином радиальные волновые функции электронов одного и того же слоя, но с различными значениями ms , немного отличаются друг от друга, так как они испытывают различные обменные взаимодействия. Если учесть обменное взаимодействие между S - и 3d -электронами, то в соответствии с принципом Паули, при параллельных ориентациях спинов электронов возникает притяжение, а при антипараллельных - отталкивание. Распределение спиновой плотности для этих ориентации получается различным и создается отличная от нуля плотность спинов на ядре. Электроны с антипараллельными спинами могут находиться ближе друг к другу, чем в случае параллельных спинов. Если учесть кулоновское взаимодействие, то в первом случае оно приводит к более эффективному отталкиванию, чем во втором. Поэтому при параллельных спинах возникает как бы эффективное притяжение. Возникающая разность спиновых плотностей для различных S -оболочек имеет различную величину, и результирующее контактное поле представляет собой сумму вкладов от всех этих оболочек.
Второе слагаемое Нсоп связано с поляризацией зоны проводимости. Оценка поля, создаваемого 4S -электронами проводимости, является наиболее неопределенной. Ватсон и Фримен /2/ дают положительную величину порядка 10.0 Тл. Однако, в ряде работ это поле имеет даже противоположный знак.
Третье слагаемое связано с орбитальным моментом электронов, а четвертое - с дипольными и магнитными полями. Последними двумя слагаемыми обычно пренебрегают из-за их малости. Например, оценка дипольного вклада, появляющегося вследствие нарушения примесью кубической симметрии кристалла в случае поликристаллического образца должен привести только к незначительному уширеншо линии спектра. Если теперь принять во внимание замороженноеть орбитального момента у железа и малость Hdip в наших системах, то можно сделать вывод, что существенными для нас остаются только первые два члена суммы. Первый из этих членов, описывающий поляризацию внутренних IS , 2 S , 3 S оболочек железа можно считать пропорциональным магнитному моменту, локализованному на атоме Fe .
Анализ теорий образования специальных карбидов 38 2.I.I. Описание установки и методики измерений
Измерения проводились на мессбауэровском спектрометре электродинамического типа с постоянным ускорением. Диапазон скоростей при работе с изотопом Fe был равен +10 мм/с. Детектором гамма-квантов в случае геометрии на пропускание служил пропорциональный газовый счетчик, наполненный смесью аргона ( -90 %) и метана. В качестве источника Y -квантов энергии 14.4 кэВ, использовался изотоп Со в матрице родия. Активность источника составляла величину порядка 40 миллиКюри. Калибровка спектрометра по скорости производилась по известным положениям линий спектра &-Fe , толщиной 5.9 мг/см . Ширина крайних линий калибровочного спектра не превышала 0.26 мм/с.
При исследовании в геометрии на пропускание необходимо изготовлять специальные тонкие фольги, в которых свойства исследуемого материала могут измениться. Исключить это позволяет метод обратного рассеяния, который интенсивно развивается последние годы и дает возможность исследования образцов без их разрушения. Эта методика, описанная в /66/, характерна тем, что изучаемый образец помещается внутри счетчика непосредственно у нити или нитей, в зависимости от конструкции счетчика. Регистрируется не прошедшее, а рассеянное образцом излучение. В случае железа наиболее целесообразной для наших целей оказывается регистрация либо электронов, сопровождающих процесс разрядки возбужденного уровня ядра, либо К-характеристического рентгеновского излучения, сопровождающего процесс конверсии. Пробег электронов с энергией -7 кэВ в железе составляет примерно 0.2 мкм. Рентгеновское излучение позволяет изучать слой толщиной 10-15 мкм. Эти значения соответствуют 95 %-ному уровню поглощения. Таким образом, оказывается возможным проводить исследование разных по толщине поверхностных слоев образца: 0.2 мкм при регистрации электронов и 10 мкм - при регистрации рентгеновского излучения. Излучение детектировалось в нашем случае с помощью специально изготовленных плоских счетчиков. Электроны регистрируются при пропускании через счетчик гелий-метановой смеси, если же регистрируются рентгеновские лучи, то эта смесь заменяется аргон-метановой.
В геометрии рассеяния активность источника составляла 100 Все экспериментальные спектры обрабатывались на ЭВМ по програмгле, описанной в /67/. Величины изомерных сдвигов исследуемых образцов даны относительно oL - Fe . В геометрии на пропускание поглотите-ли представляли собой фольгу толщиной "-25 мг/см по естественному железу, а при рассеянии - массивные образцы. Все термообработки производились в вакуумированных (10 3 мм рт.ст.) ампулах из стали 3 или кварцевого стекла. Карбидные осадки были получены по методике, изложенной в работе/68/.
Применение мессбауэровской спектроскопии для изучения процессов образования карбидов при отпуске сталей
В гл.2 было показано, что наиболее существенные изменения свойств твердых растворов происходят на стадиях, когда перераспределение атомов происходит в весьма малых объемах, а новая фаза еще не образовалась. Малое количество цементита в изучаемых сталях сильно затрудняет его изучение непосредственно в объеме образца без предварительного выделения. Часто оказывается невозможным ответить прямо на вопрос о роли цементита при образовании специальных карбидов и возможностях диффузии карбидообразующих элементов в цементит. Одним из возможных способов изучения карбидов в этом случае является экстрагирование химически устойчивых фаз и их последующее изучение.
В первом параграфе дан краткий анализ применения мессбауэ-ровской спектроскопии для изучения процессов образования карбидов при отпуске сталей и суммированы данные по величинам параметров СТВ выделенных карбидов. Во втором параграфе рассмотрено влияние легирующих элементов на свойства карбидов и параметры СТВ. В третьем параграфе рассматриваются наши экспериментальные результаты.
Применение мессбауэровской спектроскопии для изучения процессов образования карбидов при отпуске сталей
Закаленная сталь и ее главная структурная составляющая мартенсит характеризуются повышенной склонностью к хрупкому разрушению. Именно поэтому после закалки сталь подвергают отпуску. При отпуске закаленной углеродистой стали можно условно выделить три стадии. На первой стадии отпуска, начинающейся при комнатной температуре и до температуры 250 С происходит выделение избыточного углерода из решетки мартенсита и образование Є -карбида примерного состава R?iHC5 /77/. При этом решетка мартенсита, в которой не полностью сняты напряжения в рассматриваемом интервале температур, еще может содержать в виде твердого раствора замещения примерно 0.25 ат.% углерода. На второй стадии отпуска (до 300 С) происходит распад -карбида и образуются частицы цементита - Fe5C . Механизм такого превращения полностью не выяснен, однако существуют данные о независимом появлении зародышей FebC в твердом растворе. При дальнейшем увеличении температуры отпуска продуктом распада твердого раствора углерода в железе является феррито-карбидная смесь. Указанное превращение происходит при температурах отпуска 300 С (третье превращение) /78-80/. В соответствии с этими представлениями процесс карбидообразования в средне-и высокоуглеродистых сталях может быть представлен следующей схемой:
