Випуски МФіНТ »  Том 40, випуск 2

Механізм окрихчення металів поверхнево-активними елементами

С. М. Теус$^{1}$, Б. Д. Шаніна$^{2}$, А. А. Кончиць$^{2}$, Г. С. Могильний$^{1}$, В. Г. Гаврилюк$^{1}$

$^{1}$Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^{2}$Інститут фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова НАН України, просп. Науки, 41, 03028 Київ, Україна

Отримано: 09.11.2017. Завантажити: PDF

Природу механічної деґрадації металів, яку спричинено дією поверхнево-активних елементів, було досліджено, виходячи із впливу Йоду та Ґалію на аустенітні сталі та використовуючи $ab initio$-розрахунки й експериментальні дослідження електронної структури, рентґенівську дифракцію, механічну спектроскопію та механічні випробування. Показано істотне підвищення густини електронних станів на рівні Фермі у випадку Йоду в ГЦК-залізі, що узгоджується з вимірюваннями, в яких було зафіксовано підвищену концентрацію вільних електронів, яку спричинено Йодом в аустенітних сталях. Як наслідок, встановлено підвищення мобільности дислокацій, спричинене Йодом і Ґалієм в аустенітних сталях. Обговорюється роль локалізації підвищеної пластичної деформації в якості умови крихкости. Одержані результати суперечать розповсюдженим твердженням про визначальну роль поверхневої енергії в рідкометалевому окрихченні і замість цього інтерпретуються, виходячи з кореляції між атомними взаємодіями та дислокаційними властивостями. Обговорюється коректність гіпотез HELP та AIDE.

Ключові слова: ГЦК-залізо, аустенітна сталь, сурфактанти, електронна структура, дислокації, механічні властивості.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v40/i02/0201.html

PACS: 61.72.Hh, 61.72.Yx, 62.20.M-, 62.40.+i, 68.35.Dv, 71.20.Be, 76.30.-v

ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. W. H. Johnson, Proc. R. Soc. Lond., 23: 168 (1874). Crossref
  2. J. C. Liynn, W. R. Warke, and P. Gordon, Mat. Sci. Eng., 18: 51 (1975). Crossref
  3. P. A. Rehbinder, Communications of VI Congress of Russian Physicists (Moscow: OGIZ: 1928), p. 29.
  4. B. F. Gromov, Yu. S. Belomitsev, and E. I. Yefimov, Nuclear Eng. Design, 173: 207 (1997). Crossref
  5. V. I. Lichtman, E. D. Shukin, and P. A. Rehbinder, Physical-Chemical Mechanics of Metals (Moscow: Academy of Sci. USSR: 1962) (in Russian).
  6. E. D. Shchukin and P. A. Rehbinder, Selected Studies. Surface Phenomena in Disperse Systems. Physical-Chemical Mechanics (Moscow: Nauka: 1979) (in Russian).
  7. M. G. Nicolas and C. F. Old, J. Mater. Sci., 14: 1 (1979). Crossref
  8. A. I. Malkin, Z. M. Polukarova, V. M. Zanozin et al., Environment-Induced Cracking of Materials: Chemistry, Mechanics and Mechanisms (Eds. S. A. Shipilov, R. H. Jones, J.-M. Olive, and R. B. Rebak) (Oxford: Elsevier Science: 2008), p. 497. Crossref
  9. J.-B. Vogt, I. Serre, A. Verleene, and A. Legris, Environment-Induced Cracking of Materials: Chemistry, Mechanics and Mechanisms (Eds. S. A. Shipilov, R. H. Jones, J.-M. Olive, and R. B. Rebak) (Oxford: Elsevier Science: 2008), p. 481. Crossref
  10. C. N. Vigilante, S. Bartolucci, J. Izzo, M. Witherell, and S. B. Smith, Mater. Manufact. Processes, 27: 835 (2012). Crossref
  11. P. A. Rehbinder and E. D. Shchukin, Progr. Surf. Sci., 3: 97 (1972). Crossref
  12. A. Legris, G. Nicaise, J.-B. Vogt, and J. Foct, J. Nucl. Mater., 301: 70 (2002). Crossref
  13. D. Gorse, S. Goryachev, and T. Auger, Proc of 3rd Intern. Symp. on Material Chemistry in Nuclear Environment (Japan Atomic Energy Research Institute, Tsukuba, Japan, 2003), p. 63.
  14. A. I. Malkin, Colloid J., 74: 239 (2012). Crossref
  15. V. V. Belousov, J. Am. Ceram. Soc., 79: 1703 (1996). Crossref
  16. E. E. Glickman and M. Nathan, J. Appl. Phys., 85: 3185 (1999). Crossref
  17. N. S. Stoloff, R. G. Davies, and T. L. Johnston, Environment-Sensitive Mechanical Behaviour (Eds. A. R. C. Westwood and N. S. Stoloff) (New York: Gordon and Breach: 1966), p. 613.
  18. S. P. Lynch, Metal Sci., 15: 463 (1981). Crossref
  19. M. H. Kamdar, Prog. Mater. Sci., 15: 289 (1973). Crossref
  20. M. H. Kamdar, Advanced Research Strength and Fracture of Materials: Proc. 4th Intern Conf Fract. (Canada: University of Waterloo: 1977), vol. 1, p. 387.
  21. A. Kelly, W. R. Tyson, and A. H. Cottrell, Philos. Mag., 15: 567 (1967). Crossref
  22. S. Ashok, N. S. Stoloff, M. E. Glicksman, and T. Slavin, Scr. Metall., 15: 331 (1981). Crossref
  23. T. P. Slavin and N. S. Stoloff, Mat. Sci. Eng., 68: 55 (1984). Crossref
  24. H. Nichols and W. Rostoker, Trans. AIME, 224: 1258 (1962).
  25. P. C. Hancock and M. B. Ives, Canadian J. Metallurgy Mater. Sci., 10: 207 (1971).
  26. M. M. Shea and N. S. Stoloff, Mater. Sci. Eng., 12: 245 (1973). Crossref
  27. E. I. Rabkin, L. S. Shvindlerman, and B. V. Straumal, Intern. J. Modern. Phys. B, 5: 2989 (1991). Crossref
  28. K. Tai, L. Feng, and Sh. J. Dillon, J. Appl. Phys., 113: 193507 (2013). Crossref
  29. S. P. Lynch, Acta Metall., 32: 79 (1984). Crossref
  30. S. P. Lynch, Acta Metall., 36: 2639 (1988). Crossref
  31. S. P. Lynch, Metall. Mater. Trans. A, 44: 1209 (2013). Crossref
  32. S. P. Linch, Cor. Rev., 30: 105 (2012).
  33. V. G. Gavriljuk, B. D. Shanina, V. N. Shyvanyuk, and S. M. Teus, Cor. Rev., 31: 33 (2013).
  34. W. S. Ryu, S. I. Hong, Y. Choi, Y. H. Kang, and C. S. Rim, J. Korean Nuclear Society, 17: 193 (1985).
  35. P. Blaha, K. Schwarz, G. K. H. Madsen, D. Kvasnicka, and J. Luitz, WIEN2k, An Augmented Plane WaveLocal Orbitals Program for Calculating Crystal Properties (Wien, Austria: Techn. Universität Wien: 2001).
  36. P. Hohenberg and W. Kohn, Phys. Rev. B, 136: 864 (1964). Crossref
  37. W. Kohn and L. J. Sham, Phys. Rev. A, 140: 1133 (1965). Crossref
  38. M. Weinert, E. Wimmer and A. J. Freeman. Phys. Rev. B, 26: 4571 (1982). Crossref
  39. J. P. Perdew, S. Burke, and M. Ernzernhoff, Phys. Rev. Lett., 77: 3865 (1996). Crossref
  40. P. E. Blöchl, O. Jepsen, and O. K. Andersen, Phys. Rev. B, 49: 16223 (1994). Crossref
  41. J. H. Pifer and R. T. Longo, Phys. Rev. B, 4: 3797 (1971). Crossref
  42. G. Gavriljuk, S. P. Efimenko, Ye. E. Smuk, S. Yu. Smuk, B. D. Shanina, N. P. Baran, and V. M. Maksimenko, Phys. Rev. B, 48: 3224 (1993). Crossref
  43. B. D. Shanina, V. G. Gavriljuk, S. P. Kolesnik, and V. N. Shivanyuk, J. Phys. D: Appl. Phys., 32: 298 (1999). Crossref
  44. Y. Tsunoda, J. Phys.: Condensed Matter, 1: 10427 (1989). Crossref
  45. E. Sjostedt and L. Nordstrom, Phys. Rev. B, 66: 014447 (2002). Crossref
  46. I. A. Abrikosov, I. A. Kissavos, F. Liot, B. Alling, S. I. Simak, O. Peil, and A. V. Ruban, Phys. Rev. B, 76: 014434 (2007). Crossref
  47. D. E. Jiang and E. Carter, Phys. Rev. B, 67: 214103 (2003). Crossref
  48. H. C. Herper, E. Hoffmann, and P. Entel, Phys. Rev. B, 60: 3839 (1999). Crossref
  49. M. Acet, H. Zaehres, E. F. Wassermann, and W. Pepperhoff, Phys. Rev. B, 49: 6012 (1994). Crossref
  50. W. Keune, T. Ezawa, W. A. A. Macedo, U. Glos, K. P. Schletz, and U. Kirschbaum, Physica B, 161: 269 (1989). Crossref
  51. C. Carbone, G. S. Sohal, E. Kisker, and E. F. Wassermann, J. Appl. Phys., 63: 3499 (1988). Crossref
  52. A. Kokalj, J. Mol. Graph. Model., 17: 176 (1999). Crossref
  53. G. Schoeck, E. Bisogni, and J. Shyne, Acta Metall., 12: 1466 (1964). Crossref
  54. A. Rivière, V. Amirault, and J. Woirgard, Nuovo Cimento, 33: 398 (1976). Crossref
  55. V. G. Gavriljuk, V. N. Shivanyuk, and J. Foct, Acta Mater., 51: 1293 (2003). Crossref
  56. M. L. Martin, I. M. Robertson, and P. Sofronis, Acta Mater., 59: 3680 (2011). Crossref
  57. Y. Tomota, Y. Xia, and K. Inoue, Acta Mater., 46: 1577 (1998). Crossref
  58. R. B. McLellan, J. Phys. Chem. Sol., 49: 1213 (1988). Crossref
  59. A. A. Smirnov, Reports of Academy of Sciences of UkrSSR, 7: 66 (1991).
  60. Y. Fukai and N. Okuma, Jpn. J. Appl. Phys., 32: L1256 (1993). Crossref
  61. V. G. Gavriljuk, V. N. Bugaev, Yu. N. Petrov, A. V. Tarasenko, and B. Z. Yanchitsky, Scr. Mater., 34: 903 (1996). Crossref
  62. I. M. Robertson and H. K. Birnbaum, Acta Metal., 34: 353 (1986). Crossref
  63. H. K. Birnbaum and P. Sofronis. Mater Sci. Eng. A, 176: 191 (1994). Crossref
  64. P. Sofronis, Y. Liang, and N. Aravas, Eur. J. Mech. A/Solids, 20: 857 (2001). Crossref
  65. I. M. Robertson, H. K. Birnbaum, and P. Sofronis, Dislocation in Solids. Ch. 91 (Eds. J. P. Hirth and L. Kubin) (New York: Elsevier: 2009), p. 250.
  66. V. G. Gavriljuk, B. D. Shanina, V. N. Syvanyuk, and S. M. Teus, J. Appl. Phys., 108: 083723 (2010). Crossref
  67. V. G. Gavriljuk, B. D. Shanina, V. N. Shyvanyuk, and S. M. Teus, Proceedings of the 2012 International Hydrogen Conference (September 9–12, 2012, Grand Teton National Park, Jackson Lake Lodge, Wyoming, USA) (Eds. B. P. Somerday and P. Sofronis) (New York: ASME Press: 2014), p. 67.
  68. P. J. Ferreira, I. M. Robertson, and H. K. Birnbaum, Acta Mater., 46: 1749 (1998). Crossref
  69. V. G. Gavriljuk, V. A. Duz’, N. D. Aphanasyev et al., Corrosion-Resistant Austenitic Steel: Patent USSR No. 1507854 (15.05.1989).
  70. A. L. Berezina, O. A. Molebny, and A. V. Kotko, Acta Phys. Polon. Series A, 128: 564 (2015). Crossref

© 2013–2018 «ІМФ НАН України»