Влияние легирования на термодинамические характеристики водорода в ОЦК-железе

Влияние легирования на термодинамические характеристики водорода в ОЦК-железе

Автор: Мирзаев Джалал Аминулович, Мирзоев Александр Аминулаевич, Ракитин Максим Сергеевич

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy

Рубрика: Физическая химия и физика металлургических систем

Статья в выпуске: 4 т.16, 2016 года.

Бесплатный доступ

Примеси замещения оказывают существенное влияние на поведение водорода в железе. Это открывает возможность управления водородной деградацией при помощи направленного легирования сталей. Проведен обзор теоретических и экспериментальных работ, посвященных проблеме захвата атомов водорода легирующими примесями и использования данного эффекта для борьбы с водородным охрупчиванием. В рамках компьютерного пакета WIEN-2k, реализующего метод линеаризованных присоединенных плоских волн (ЛППВ), который является полноэлектронным методом теории функционала плотности, рассмотрено влияние примесей 3d-, 4d- и sp-металлов на энергию растворения водорода в матрице ОЦК-железа. Подробно рассмотрено изменение равновесного параметра решетки при растворении водорода в легированной решетке ОЦК-железа. Изучен вопрос о влиянии легирования на преимущественное заселение водородом тетраэдрических и октаэдрических пор решетки внедрения. Выделены электронный и упругий вклады в энергию растворения. Рассчитаны энергии захвата водорода примесями, показано, что существенные вклады в энергию захвата вносят как электронный, так и упругий вклад. Показано, что изменение энергии растворения водорода, вызываемое примесью, можно связать с создаваемым ею возмущением электронной плотности матрицы.

Еще

Альфа-железо, водород, примеси замещения, энергия захвата, ab initio моделирование

Короткий адрес: https://sciup.org/147157061

IDR: 147157061   |   DOI: 10.14529/met160405

Список литературы Влияние легирования на термодинамические характеристики водорода в ОЦК-железе

  • Hirth J.P. Effects of Hydrogen on the Properties of Iron and Steel. Metallurgical Transactions A, 1980, vol. 11, pp. 861-890 DOI: 10.1007/BF02654700
  • Troiano A.R. The Role of Hydrogen and Other Interstitials in the Mechanical Behavior of Metals. Transactions ASM, 1960, vol. 52, p. 54.
  • Vehoff H. Hydrogen Related Material Problems. Hydrogen in Metals III. Topics in Applied Physics, vol. 73. Wipf H. (Ed.). Berlin, Springer Verlag, 1997, pp. 215-278 DOI: 10.1007/BFb0103404
  • Birnbaum H.K., Sofronis P. Hydrogen-Enhanced Localized Plasticity -A Mechanism for Hydrogen-Related Fracture. Materials Science and Engineering A, 1994, vol. 176, pp. 191-202 DOI: 10.1016/0921-5093(94)90975-X
  • Lynch S.P. Mechanisms of Hydrogen-Assisted Cracking. Metals Forum, 1979, vol. 2, no. 3, pp. 189-200.
  • Гельд П.В., Рябов Р.А. Водород в металлах и сплавах. М.: Металлургия, 1974. 272 c.
  • Darken L.S., Smith R.P. Behaviour of Hydrogen in Steel During and After Immersion in Acid. Corrosion, 1949, vol. 5, no. 1, pp. 1-16 DOI: 10.5006/0010-9312-5.1.1
  • Myers S.M., Baskes M.I., Birnbaum H.K., Corbett J.W., DeLeo G.G., Estreicher S.K., Haller E.E., Jena P., Johnson N.M., Kirchheim R., Pearton S.J., Stavola M.J. Hydrogen Interactions with Defects in Crystalline Solids. Reviews in Modern Physics, 1992, vol. 64, no. 2, pp. 559-617 DOI: 10.1103/RevModPhys.64.559
  • Fukai Y. The Metal-Hydrogen System. Springer Series in Materials Science, vol. 21. Berlin, Springer Verlag, 2005. 500 p DOI: 10.1007/3-540-28883-X
  • Архаров В.И., Кралина А.А. О влиянии примеси палладия к железу на его проницаемость для водорода. ФММ. 1959. Т. 8, вып. 1. С. 45-52.
  • Архаров В.И., Кралина А.А., Кватер Л.И., Склюев П.В. О возможности снижения склонности стали к флокенообразованию посредством малых добавок палладия. Известия АН СССР. Металлы. 1967. № 1. С. 105-111.
  • Архаров В.И., Мороз Т.Т., Новохатский И.А., Еремина М.Е., Хохлова С.И. Влияние малых добавок палладия на водородопроницаемость среднелегированной стали. Физ.-хим. механика металлов. 1971. Т. 7. № 6. С. 51-54.
  • Архаров В.И., Мороз Т.Т., Новохатский И.А., Хохлова С.И., Еремина М.И. О влиянии палладия на флокеночувствительность стали. Физ.-хим. механика материалов. 1976. Т. 12, № 1. С. 47-51.
  • Choo W.Y., Lee J.Y. Thermal Analysis of Trapped Hydrogen in Pure Iron. Metallurgical Transactions A, 1982, vol. 13, no. 1, pp. 135-140 DOI: 10.1007/BF02642424
  • Combette P., Perez J., Gobin P. Influence of Hydrogen on Internal Friction in Nickel. British Journal of Applied Physics (Journal of Physics D: Applied Physics), 1968, vol. 1, no. 8, pp. 175-178 DOI: 10.1088/0022-3727/1/8/418
  • Timmins P.F. Solutions to Hydrogen Attack in Steels. Materials Park OH, ASM International, 1997. 198 p.
  • Pressouyre G.M., Bernstein I.M. A Quantitative Analysis of Hydrogen Trapping. Metallurgical Transactions A, 1978, vol. 9, no. 11, pp. 1571-1580 DOI: 10.1007/BF02661939
  • Myers S., Richards P., Wampler P.W., Besenbacher W.F. Ion-Beam Studies of Hydrogen-Metal Interactions. Journal of Nuclear Materials, 1989, vol. 165, no. 1, pp. 9-64 DOI: 10.1016/0022-3115(89)90502-3
  • Shirley A.I., Hall C.K. Trapping of Hydrogen by Metallic Substitutional Impurities in Niobium, Vanadium, and Tantalum. Acta Metallurgica, 1984, vol. 32, no. 1, pp. 49-56 DOI: 10.1016/0001-6160(84)90201-3
  • Shirley A.I., Hall C.K. Trapping of Hydrogen by Substitutional and Interstitial Impurities in -Iron. Scripta Metallurgica, 1983, vol. 17, no. 8, pp. 1003-1008 DOI: 10.1016/0036-9748(83)90439-8
  • Lee Y.J., Kulkova S.E., Hu Q.M., Bazhanov D.I., Xu D.S., Hao Y.L., Yang R. Interaction Between Hydrogen and the Alloying Atom in Palladium. Physical Review B, 2007, vol. 76, no. 6, 064110 DOI: 10.1103/PhysRevB.76.064110
  • Counts W.A., Wolverton C., Gibala R. First-Principles Energetics of Hydrogen Traps in α-Fe: Point Defects. Acta Materialia, 2010, vol. 58, no. 14, pp. 4730-4741 DOI: 10.1016/j.actamat.2010.05.010
  • Nguyen N.B., Lebon A., Vega A., Mokrani A. Improvement of Hydrogen Uptake in Iron and Vanadium Matrices by Doping with 3d Atomic Impurities. Journal of Alloys and Compounds, 2012, vol. 545, pp. 19-27 DOI: 10.1016/j.jallcom.2012.07.100
  • Mirzaev D.A., Mirzoev A.A., Okishev K.Yu., Rakitin M.S. Theory of Hydrogen Solubility in Binary Iron Alloys Based on Ab Initio Calculation Results. Molecular Physics, 2012, vol. 110, no. 11-12, pp. 1299-1304 DOI: 10.1080/00268976.2011.645895
  • Aydin U., Ismer L., Hickel T., Neugebauer J. Solution Enthalpy of Hydrogen in Fourth Row Elements: Systematic Trends Derived from First Principles. Physical Review B, 2012, vol. 85, no. 15, pp. 155144 DOI: 10.1103/PhysRevB.85.155144
  • Schwarz K., Blaha P., Madsen G.K.H. Electronic Structure Calculations of Solids Using the WIEN2k Package for Material Science. Computer Physics Communications, 2002, vol. 147, no. 1-2, pp. 71-76 DOI: 10.1016/S0010-4655(02)00206-0
  • Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized Gradient Approximation Made Simple. Physical Review Letters, 1996, vol. 77, no. 18, pp. 3865-3868 DOI: 10.1103/PhysRevLett.77.3865
  • Jiang D.E., Carter E.A. Diffusion of Interstitial Hydrogen into and Through Bcc Fe from First Principles. Physical Review B, 2004, vol. 70, no. 6, 064102 DOI: 10.1103/PhysRevB.70.064102
  • Błachowski A., Wdowik U.D. Transition Metal Impurity Effect on Charge and Spin Density in Iron: Ab Initio Calculations and Comparison with Mössbauer Data. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 2012, vol. 73, no. 2, pp. 317-323 DOI: 10.1016/j.jpcs.2011.10.017
  • Liu P., Xing W., Cheng X., Li D., Li Y., Chen X.-Q. Effects of Dilute Substitutional Solutes on Interstitial Carbon in α-Fe: Interactions and Associated Carbon Diffusion from First-Principles Calculations. Physical Review B, 2014, vol. 90, no. 2, 024103 DOI: 10.1103/PhysRevB.90.024103
  • Jena P., Nieminen R.M., Puska M.J., Manninen M. Role of Elastic and Electronic Interactions in Trapping of Hydrogen by Impurities in Transition Metals. Physical Review B, 1985, vol. 31, no. 12, pp. 7612-7616 DOI: 10.1103/PhysRevB.31.7612
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp