Вплив проміжних прошарків на взаємну дифузію за умов мартенситних перетворень

Методами, які базуються на застосуванні радіоактивних індикаторів, рентгеноструктурного і мікродюрометричного аналізів досліджено фазовий склад дифузійної зони, що утворюється при низькотемпературному імпульсному впливі. Деформування здійснювали шляхом використання значного об’ємного ефекту при ате...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2021
Hauptverfasser:	Коваль, Ю.М., Мазанко, В.Ф., Герцрікен, Д.С., Богданов, Є.І., Міронов, В.М., Богданов, С.Є.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2021
Schriftenreihe:	Доповіді НАН України
Schlagworte:	Матеріалознавство
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/180521
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Вплив проміжних прошарків на взаємну дифузію за умов мартенситних перетворень / Ю.М. Коваль, В.Ф. Мазанко, Д.С. Герцрікен, Є.І. Богданов, В.М. Міронов, С.Є. Богданов // Доповіді Національної академії наук України. — 2021. — № 3. — С. 55-63. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-180521
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1805212025-02-23T17:25:51Z Вплив проміжних прошарків на взаємну дифузію за умов мартенситних перетворень Influence of interlayers on the interdiffusion under conditions of martensitic transformations Коваль, Ю.М. Мазанко, В.Ф. Герцрікен, Д.С. Богданов, Є.І. Міронов, В.М. Богданов, С.Є. Матеріалознавство Методами, які базуються на застосуванні радіоактивних індикаторів, рентгеноструктурного і мікродюрометричного аналізів досліджено фазовий склад дифузійної зони, що утворюється при низькотемпературному імпульсному впливі. Деформування здійснювали шляхом використання значного об’ємного ефекту при атермічних мартенситних α→γ (при охолодженні в рідкому азоті) та γ→α (при нагріванні до 923 К) перетвореннях у сплаві Fe-30 %Ni. Після різних умов попередньої обробки сплав заліза з 30 % нікелю існував при кімнатній температурі у вигляді гомогенного твердого розчину у двох модифікаціях: з ОЦК ґратами (α-фаза) та з ГЦК ґратами (γ-фаза). Зі сплаву у ГЦК-фазі робили кубічні зразки, а з ОЦК — П-подібні. Кубічні зразки з нанесеними шарами мічених атомів поміщали в П-подібні таким чином, щоб був забезпечений контакт між шарами ізотопу і металевими прошарками, що примикають з іншого боку до залізних фольг, які, в свою чергу, контактують з паралельними внутрішніми поверхнями (ніжки літери П). З’єднані таким чином за ковзною посадкою зразки занурювали у рідкий азот (перетворення відбувається в кубічному зразку) або поміщали у піч, нагріту до 923 К (перетворення у П-подібному). В обох випадках об’ємний ефект при перетвореннях зумовлює імпульсне деформування контактуючих поверхонь. Дана схема навантаження дозволяє отримувати зразки, що зазнають як дію імпульсної деформації, так і спільну дію ⇆ перетворень і створюваної ними пластичної деформації. Контрольні зразки зазнавали γ→α та α→γ перетворення за тих самих умов, але без прошарків, а також відчували перетворення без оправлення, тобто без додаткової імпульсної деформації. Показано вплив проміжних прошарків на швидкість масоперенесення і особливості фазоутворення за умов мартенситних перетворень з вибуховою кінетикою. Встановлено взаємозв’язок між видом проникаючих атомів і утвореними фазами в нерівноважних умовах. The phase composition of the diffusion zone formed under the low-temperature impulse exposure is investigated by methods based on the use of radioactive indicators, X-ray structural and microdurometric analyzes. Deformation was treated by means of using the significant bulk effect during the athermal martensite transformations (γ→α at the liquid nitrogen cooling and γ→α at the heating up to 923 K). The iron alloy with 30 % nickel content existed after various conditions of preliminary treatment at room temperature in a homogeneous solid solution in two kinds: bcc lattice (α-phase) and fcc lattice (γ-phase). There were made the cubic samples from fcc lattice and П-shaped ones (the Greek letter alphabet) from bcc lattice ones. The surfaces of cubic samples were covered with the layers of labeled atoms and placed into П-like ones. Between these layers and parallel surfaces of the lower part were two foils [iron and molybdenum (or nickel, copper, aluminum)] in order to ensure the contact between all kinds of the researched materials. Jointed samples were dipped into liquid nitrogen (transformation occurs in the cubic sample) or placed into a heated oven at 923 K (transformation occurs in the П-shaped one). The bulk effect during these transformations stimulates a pulse deformation of the contacting surfaces and near-surface layer in both cases. The present load scheme allows one to obtain samples to be undergone to a pulse deformation action and a simultaneous action γ⇆α transformations and plastic deformations made by them. The control samples underwent γ→α and α→γ transformations without interlayers. In ad dition, they underwent transformations without additional pulse deformation. The influence of intermediate layers on the rate of mass transfer and the features of the phase formation under conditions of martensitic transformations with the explosive kinetics is shown. The relationship between the type of penetrating atoms and the phases they form under nonequilibrium conditions has been established. 2021 Article Вплив проміжних прошарків на взаємну дифузію за умов мартенситних перетворень / Ю.М. Коваль, В.Ф. Мазанко, Д.С. Герцрікен, Є.І. Богданов, В.М. Міронов, С.Є. Богданов // Доповіді Національної академії наук України. — 2021. — № 3. — С. 55-63. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2021.03.055 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/180521 539.219.3:53.09 uk Доповіді НАН України application/pdf Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Матеріалознавство Матеріалознавство
spellingShingle	Матеріалознавство Матеріалознавство Коваль, Ю.М. Мазанко, В.Ф. Герцрікен, Д.С. Богданов, Є.І. Міронов, В.М. Богданов, С.Є. Вплив проміжних прошарків на взаємну дифузію за умов мартенситних перетворень Доповіді НАН України
description	Методами, які базуються на застосуванні радіоактивних індикаторів, рентгеноструктурного і мікродюрометричного аналізів досліджено фазовий склад дифузійної зони, що утворюється при низькотемпературному імпульсному впливі. Деформування здійснювали шляхом використання значного об’ємного ефекту при атермічних мартенситних α→γ (при охолодженні в рідкому азоті) та γ→α (при нагріванні до 923 К) перетвореннях у сплаві Fe-30 %Ni. Після різних умов попередньої обробки сплав заліза з 30 % нікелю існував при кімнатній температурі у вигляді гомогенного твердого розчину у двох модифікаціях: з ОЦК ґратами (α-фаза) та з ГЦК ґратами (γ-фаза). Зі сплаву у ГЦК-фазі робили кубічні зразки, а з ОЦК — П-подібні. Кубічні зразки з нанесеними шарами мічених атомів поміщали в П-подібні таким чином, щоб був забезпечений контакт між шарами ізотопу і металевими прошарками, що примикають з іншого боку до залізних фольг, які, в свою чергу, контактують з паралельними внутрішніми поверхнями (ніжки літери П). З’єднані таким чином за ковзною посадкою зразки занурювали у рідкий азот (перетворення відбувається в кубічному зразку) або поміщали у піч, нагріту до 923 К (перетворення у П-подібному). В обох випадках об’ємний ефект при перетвореннях зумовлює імпульсне деформування контактуючих поверхонь. Дана схема навантаження дозволяє отримувати зразки, що зазнають як дію імпульсної деформації, так і спільну дію ⇆ перетворень і створюваної ними пластичної деформації. Контрольні зразки зазнавали γ→α та α→γ перетворення за тих самих умов, але без прошарків, а також відчували перетворення без оправлення, тобто без додаткової імпульсної деформації. Показано вплив проміжних прошарків на швидкість масоперенесення і особливості фазоутворення за умов мартенситних перетворень з вибуховою кінетикою. Встановлено взаємозв’язок між видом проникаючих атомів і утвореними фазами в нерівноважних умовах.
format	Article
author	Коваль, Ю.М. Мазанко, В.Ф. Герцрікен, Д.С. Богданов, Є.І. Міронов, В.М. Богданов, С.Є.
author_facet	Коваль, Ю.М. Мазанко, В.Ф. Герцрікен, Д.С. Богданов, Є.І. Міронов, В.М. Богданов, С.Є.
author_sort	Коваль, Ю.М.
title	Вплив проміжних прошарків на взаємну дифузію за умов мартенситних перетворень
title_short	Вплив проміжних прошарків на взаємну дифузію за умов мартенситних перетворень
title_full	Вплив проміжних прошарків на взаємну дифузію за умов мартенситних перетворень
title_fullStr	Вплив проміжних прошарків на взаємну дифузію за умов мартенситних перетворень
title_full_unstemmed	Вплив проміжних прошарків на взаємну дифузію за умов мартенситних перетворень
title_sort	вплив проміжних прошарків на взаємну дифузію за умов мартенситних перетворень
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2021
topic_facet	Матеріалознавство
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/180521
citation_txt	Вплив проміжних прошарків на взаємну дифузію за умов мартенситних перетворень / Ю.М. Коваль, В.Ф. Мазанко, Д.С. Герцрікен, Є.І. Богданов, В.М. Міронов, С.Є. Богданов // Доповіді Національної академії наук України. — 2021. — № 3. — С. 55-63. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.
series	Доповіді НАН України
work_keys_str_mv	AT kovalʹûm vplivpromížnihprošarkívnavzaêmnudifuzíûzaumovmartensitnihperetvorenʹ AT mazankovf vplivpromížnihprošarkívnavzaêmnudifuzíûzaumovmartensitnihperetvorenʹ AT gercríkends vplivpromížnihprošarkívnavzaêmnudifuzíûzaumovmartensitnihperetvorenʹ AT bogdanovêí vplivpromížnihprošarkívnavzaêmnudifuzíûzaumovmartensitnihperetvorenʹ AT míronovvm vplivpromížnihprošarkívnavzaêmnudifuzíûzaumovmartensitnihperetvorenʹ AT bogdanovsê vplivpromížnihprošarkívnavzaêmnudifuzíûzaumovmartensitnihperetvorenʹ AT kovalʹûm influenceofinterlayersontheinterdiffusionunderconditionsofmartensitictransformations AT mazankovf influenceofinterlayersontheinterdiffusionunderconditionsofmartensitictransformations AT gercríkends influenceofinterlayersontheinterdiffusionunderconditionsofmartensitictransformations AT bogdanovêí influenceofinterlayersontheinterdiffusionunderconditionsofmartensitictransformations AT míronovvm influenceofinterlayersontheinterdiffusionunderconditionsofmartensitictransformations AT bogdanovsê influenceofinterlayersontheinterdiffusionunderconditionsofmartensitictransformations
first_indexed	2025-11-24T02:55:23Z
last_indexed	2025-11-24T02:55:23Z
_version_	1849638700904873984
fulltext	55 ОПОВІДІ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 3: 55—63 Ц и т у в а н н я: Коваль Ю.М., Мазанко В.Ф., Герцрікен Д.С., Богданов Є.І., Міронов В.М., Богданов С.Є. Вплив проміжних прошарків на взаємну дифузію за умов мартенситних перетворень. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 3. С. 55—63. https://doi.org/10.15407/dopovidi2021.03.055 Процеси масоперенесення в металах і сплавах при різного роду зовнішніх впливах вже бага- то років є об'єктом інтенсивних досліджень. Це пов'язано з виявленням ефекту аномально- го збільшення рухливості атомів під дією швидкісної пластичної деформації [1]. Доте пер https://doi.org/10.15407/dopovidi2021.03.055 УДК 539.219.3:53.09 Ю.М. Коваль, В.Ф. Мазанко, Д.С. Герцрікен, Є.І. Богданов, В.М. Міронов, С.Є. Богданов Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, Київ E-mail: besal21@ukr.net Вплив проміжних прошарків на взаємну дифузію за умов мартенситних перетворень Представлено членом-кореспондентом НАН України Ю.М. Ковалем Методами, які базуються на застосуванні радіоактивних індикаторів, рентгеноструктурного і мікродю- рометричного аналізів досліджено фазовий склад дифузійної зони, що утворюється при низькотемпера- турному імпульсному впливі. Деформування здійснювали шляхом використання значного об’ємного ефекту при атермічних мартенситних  (при охолодженні в рідкому азоті) та  (при нагріванні до 923 К) перетвореннях у сплаві Fe-30 %Ni. Після різних умов попередньої обробки сплав заліза з 30 % нікелю існував при кімнатній температурі у вигляді гомогенного твердого розчину у двох модифікаціях: з ОЦК ґрата ми (-фаза) та з ГЦК ґратами (-фаза). Зі сплаву у ГЦК-фазі робили кубічні зразки, а з ОЦК — П-подібні. Ку- бічні зразки з нанесеними шарами мічених атомів поміщали в П-подібні таким чином, щоб був забезпечений контакт між шарами ізотопу і металевими прошарками, що примикають з іншого боку до залізних фольг, які, в свою чергу, контактують з паралельними внутрішніми поверхнями (ніжки літери П). З’єднані таким чином за ковзною посадкою зразки занурювали у рідкий азот (перетворення відбувається в кубічному зраз- ку) або поміщали у піч, нагріту до 923 К (перетворення у П-подібному). В обох випадках об’ємний ефект при перетвореннях зумовлює імпульсне деформування контактуючих поверхонь. Дана схема навантаження до- зволяє отримувати зразки, що зазнають як дію імпульсної деформації, так і спільну дію   перетворень і створюваної ними пластичної деформації. Контрольні зразки зазнавали  та  перетворення за тих самих умов, але без прошарків, а також відчували перетворення без оправлення, тобто без додаткової імпульсної деформації. Показано вплив проміжних прошарків на швидкість масоперенесення і особливості фазоутворення за умов мартенситних перетворень з вибуховою кінетикою. Встановлено взаємозв’язок між видом проникаючих атомів і утвореними фазами в нерівноважних умовах. Ключові слова: мартенситне перетворення, вибухова кінетика, дифузія, фазоутворення, проміжні про- шарки. МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО MATERIALS SCIENCE 56 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2021. № 3 Ю.М. Коваль, В.Ф. Мазанко, Д.С. Герцрікен, Є.І. Богданов, В.М. Міронов, С.Є. Богданов вивчені такі загальні закономірності масоперенесення, як вплив на нього різних факторів: температури об- робки, швидкості і ступеня пластичної деформації, типу кристалічної ре шітки і твердого розчину, виду домішок тощо. Однак досі залишається незрозумілим проходження процесу перенесення речовини між дво- ма взаємодіючими матеріалами, в результаті чого і ви- никають нові фази при низьких температурах, коли термічна активація не значна. Для запобігання внеску термічної активації дослідження проводилося при низьких та кріогенних температурах, коли, наприклад, як джерело імпульсної деформації використовували мартенситне пере- творення з вибуховою кінетикою і помітним об’ємним ефектом [2, 3]. Крім того застосуван- ня масивних зразків при імпульсному впливі зумовлює виникнення великого числа чинни- ків, що впливають на масоперенесення і ускладнюють аналіз експериментальних даних та їх подальше узагальнення. Цьому має допомогти, зокрема, застосування проміжних прошарків з контрольованими товщиною, структурою, формою, фазовим складом, дефектністю тощо. Проте, незважаючи на всю значимість подібних досліджень і нові можливості, які при цьому виникають, досі їм не приділялося достатньої уваги. Тому вивчення масоперенесення (дифузії) при дії мартен- ситних перетворень та деформації, яку вони створюють, в бінарних системах із проміжними прошарками з металів, які мають різні механічні характеристики, дозволяє встановити ряд нових закономірностей, а це сприятиме вивченню фізичної природи досліджуваного явища. Експерименти проводили на сплаві заліза з 30 % нікелю, який при кімнатній темпера- турі в залежності від умов попередньої обробки знаходиться в аустенітному ( ) або мар- тенситному ( ) станах з ГЦК і ОЦК гратами відповідно. Для цього після гомогенізую- чого відпалу твердий розчин нікелю в залізі гартували від 1273 К у воду або в рідкий азот. У другому випадку сплав містив близько 5 % залишкового аустеніту. Як прошарки були взяті тонкі (~15 мкм) і товсті (~100 мкм) відпалені фольги з міді, нікелю, молібдену та алюмінію, в тому числі і такого, що містить радіоактивний ізотоп 26Al, сплаву заліза з нікелем. Імпульсне деформування в умовах перетворення здійснювали наступним чином. Залізо- нікелевий зразок у вихідному стані покривали з двох сторін шаром товщиною до 1 мкм ра- діоактивного ізотопу 26Al, 55Fe, 60Co, 63Ni або стабільного алюмінію, міді, молібдену, або такий, що містить в протилежних приповерхневих шарах ~1—2 мкм азот або вуглець, при- чому в ряді експериментів з ізотопом 14C. Зразок з нанесеними шарами спочатку поміща- ли по ковзній посадці в виготовлену з того ж сплаву заліза з нікелем в П-подібне оправле- ння таким чином, щоб був забезпечений контакт між шаром ізотопу і металевим прошар- ком, що примикає з іншого боку до залізної фольги, яка, в свою чергу, контактує з внутрішніми поверхнями оправлення (див. схему), а потім — у рідкий азот або піч, нагріту до 923 К. Оскільки коефіцієнти лінійного розширення сплаву в обох станах мають близькі зна- чення, деформування відбувалося в основному за рахунок об'ємного ефекту при    перетворенні, який за даними [4] досягає ~3 %. Ступінь залишкової деформації не пере- Схема деформування при мартенситних перетвореннях 57ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 3 Вплив проміжних прошарків на взаємну дифузію за умов мартенситних перетворень вищує 1—1,5 % [5]. Контрольні зразки зазнавали    та   перетворення за тих са- мих умов, але без прошарку, а також зазнавали перетворення без оправлення, тобто без додаткової імпульсної деформації. Крім того, в ряді експериментів для визначення зміни фазового складу в деформованому металі або твердому розчині втілення між оправкою і прошарком розміщували пластини (до 1 мм), виготовлені з нікелю, заліза або маловугле- цевої сталі. Зазначимо, що мартенситне перетворення в даному сплаві протікає за вибуховою кіне- тикою і швидкість деформації всього зразка досягає ~ 5 · 10–2 с–1, а приповерхневого шару (дифузійної зони) — на 1—1,5 порядки вище (~1 с–1). Температуру початку МП і кінця МК прямого    перетворення визначали за зміною пластичності і подовження зразка, пов’язаного з утворенням мартенситу, а також за зміною змісту мартенситу в сплаві, за фік- сованому методом низькотемпературної рентгенографії, точки АП і АК визначали за від- новленням форми при нагріванні за методикою [6], за змістом аустеніту в сплаві (рис. 1), а також за появою електрорушійної сили, що виникає в десятивитковій котушці, виготов- леної зі сплавів заліза з 30 % нікелю в момент вибухового утворення мартенситу [7]. Так, при напруженості магнітного поля, орієнтованого вздовж осі зразка зі сплаву Fe — 30%Ni, Н  450 Е амплітуда і тривалість наростання одиничного сигналу були рівні ~10 мВ та 1—5 мс відповідно. Застосовувані переохолодження і перегрів достатні для протікання прямого   і зворотного   перетворень, оскільки їх температурні інтервали становлять 233—163 К та 553—613 К відповідно [1]. Таким чином, дана схема навантаження дозволяє отримувати зразки, що зазнають як дію імпульсної деформації, так і спільну дію   перетворень і створюваної ними пластичної деформації. Повний час прямого і зворотного перетворення розраховували з температурних інтервалів з урахуванням швидкості нагріву і охолодження. Зазначимо, що згідно з [8], тривалість протікання процесу міграції атомів відповідає часу фазового переходу або імпульсного деформування. Рис. 1. Змінювання кількості мартенситу в процесі перетворення зі зниженням температури (а), подо- вження зразка, що зазнає перетворення, при охолодженні (б), пластичних властивостей сплаву при охоло- дженні і нагріванні (в) 58 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2021. № 3 Ю.М. Коваль, В.Ф. Мазанко, Д.С. Герцрікен, Є.І. Богданов, В.М. Міронов, С.Є. Богданов Фазовий склад, рухливість і розподіл атомів вивчали за допомогою пошарового радіо- метричного, авторадіографічного, рентгеноструктурного і мікродюрометричного аналізів. Проведені експерименти показали, що за час деформування (близько 0,5 хв) крім про- никнення в залізонікелевий сплав під дією деформації і перетворення, атоми більшості до- сліджуваних елементів проходять через прошарок, що став тоншим, і проникають в проде- формований метал або сплав (рис. 2—4). Як випливає з рис. 2, зменшення прошарку досягає 67 %, і, судячи зі зміни концентрації мічених атомів і мікротвердості в дифузійних зонах між міддю і залізом і міддю і залізоні- келевим сплавом, мають місце значні взаємна дифузія і фазоутворення. Так, у міді з боку Рис. 2. Розподіл відносної концентрації атомів 55Fe (а) і мікротвердості (б) в залізі і мідному прошарку (вихідна товщина dвих  15 мкм), що зазнали імпульсну деформацію, і залізонікелевому сплаві, підданому синхронній дії деформації і мартенситного   перетворення Рис. 3. Розподіл відносної концентрації (щільності почорніння) 63Ni при деформації в умовах   пе- ретворення при взаємодії заліза і залізонікелевого сплаву через прошарки з нікелю (dвих  15 мкм) (а) і молібдену (dвих  11 мкм) (б) 59ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 3 Вплив проміжних прошарків на взаємну дифузію за умов мартенситних перетворень заліза утворюється твердий розчин заліза в міді κ-Cu з концентрацією 0,5 мас. %, а в за- лізі виникає розчин α-Fe з концентрацією міді 0,4 мас. %. У поверхневому шарі сплаву Fe—30%Ni при одночасній дії деформації і перетворення розчиняється ще більша кількість міді — 0,8 мас. %. При дії на сплав тільки деформації концентрація міді в ньо- му також вища, ніж у залізі, вона становить 0,55 мас. %. Тобто присутність нікелю в твер дому розчині збільшує розчинність міді. Аналогічним чином перерозподіляються при деформації в залізонікеле вому сплаві, міді і залізі атоми нікелю. Рис. 3 ілюструє особливості взаємодії заліза і сплаву Fe + 30%Ni в умовах   пе- ретворення при використанні прошарків, виготовлених з менш пластичних металів. Ви я- вилося, що наявність нікелевої фольги (рис. 3, а) практично не перешкоджає проникненню мічених атомів нікелю в залізо, яке деформується. Відзначимо, що те ж саме відбувається і для міграції мічених атомів заліза в ці ж матеріали, а також при перетворенні. Причому, на відміну від мідного прошарку, при використанні нікелевого спостерігаються більш пологі концентраційні профілі. Що ж стосується молібденового прошарку (рис. 3, б), то, можливо в зв’язку з його більш слабкою здатністю до деформації (  10%) спостерігається різке спа- дання концентрації, причому до заліза доходить тільки незначна кількість мічених атомів нікелю. Разом з тим у залізонікелевому сплаві глибина проникнення дещо більша, ніж за наявності нікелевої, мідної та алюмінієвої фольги (рис. 4). Мабуть, це пов’язано з тим, що присутність менш пластичного молібденового прошарку сприяє більшій деформації сплаву. Тобто, чим пластичніший матеріал прошарку, тим слабкіше деформується залізонікелевий зразок і тим менша рухливість атомів у ньому. Слід, однак, відзначити, що при навантаженні збірки з алюмінієвим прошарком від- бу валося видавлення більшої частини матеріалу прошарку із зони взаємодії. Тому зміни об’є- му сплаву в момент перетворення не призводять до деформації залізного зразка, а зразок зі сплаву зазнає тільки мартенситне перетворення. Тому проникнення атомів нікелю в залізо не відбувається. Такий самий ефект має місце при використанні радіоактивного ізотопу 26Al. З порівняння представлених на рис. 4 концентраційних профілів 2 і 3 видно, що глибина проникнення атомів нікелю в сплав у присутності алюмінієвого прошарку є з точністю до помилки експерименту такою самою, як за міграції атомів у зразку, навантаженому без оп- равлення, тобто без додаткової деформації, і трохи нижче, ніж при спільній дії на сплав пе- ретворення і деформації (при навантаженні в оправленні) за відсутності прошарку. Однак слід зазначити, що при використанні товстого прошарку алюмінію є проникнення атомів Рис. 4. Розподіл нікелю 63Ni в залізонікелевому сплаві, який взаємодіє з залізом при спільній дії де- формації і перетворення без прошарку (1), через прошарок алюмінію з вихідною товщиною 15 мкм (2) і в сплаві, що знаходиться без оправлення і за- знає тільки мартенситного   перетворення (3) 60 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2021. № 3 Ю.М. Коваль, В.Ф. Мазанко, Д.С. Герцрікен, Є.І. Богданов, В.М. Міронов, С.Є. Богданов заліза в алюміній та їх розчинення з утворенням лише пересиченого твердого розчину, кон- центрація в якому 1 %. Також розчинення алюмінію в тонкому шарі заліза з приблизно таким же вмістом розчинених атомів. За рівноважних умов при низьких температурах роз- чинність заліза в алюмінії становить тисячні долі процента, тоді як максимальна розчин- ність алюмінію в залізі — біля 10 %. Розглянемо взаємодію металів із легкими елементами. Так, атоми азоту, попередньо вве дені в приповерхневий шар сплаву заліза з 30 % нікелю (зразок), який знаходиться в аустенітному стані, під час перетворення проникають як у глиб матеріалу сплаву, так і в за- лізну прокладку товщиною 2 мм, розташовану між зразком і оправкою, утворюючи в залізі твердий розчин із концентрацією 1 %. Ця величина перевищує граничну розчинність для температури 233 К. При використанні нікелевої прокладки було виявлено, що концентра- ція азоту в нікелі не перевищувала 0,87 %. У випадку, коли зразок контактував безпосе- редньо з П-подібною оправкою зі сплаву в α-модифікації, атоми азоту в процесі перетво- рення в зразку і створюваної ним деформації проникали в матеріал оправки. При цьому максимальний вміст азоту в поверхневому шарі сплаву становив 0,95%. При перетворенні в сплаві, що зазначає подвійного впливу, концентрація азоту дорівнює 1,5 %, а при дії тільки деформації в сплаві розчинилося 0,98 % азоту, в залізі — 1,1 %, в нікелі — 0,9 %. Досліджен- ня типу твердого розчину азоту в залізі і залізонікелевому сплаві, що утворився в процесі перетворення, показало, що значення nА для Fe складає 2,038, а для Fe—Ni — 2,040, тобто має місце твердий розчин втілення, подібно до того, що відбувається при ізотермічних від- палах. Відзначимо, що без попереднього введення азоту в матеріал, який в подальшому є джерелом азоту, проникнення азоту в сплав з рідкого азоту не спостерігалося на відміну від того, що відбувається при реалізації механізму динаміко-дислокаційної дифузії під час де- формування іонних кристалів [9]. В рівноважних умовах такої кількості азоту в кристалічній гратці заліза, його сплаву з нікелем і особливо нікелю досить для утворення крім твердого розчину різноманітних ніт- ридів. Однак в даних умовах низькотемпературного впливу утворення нітридних фаз у за- лізі, нікелі і їх сплаві не спостерігалося ні при    , ні при   перетвореннях. Спо с- терігається рівномірно розподілений твердий розчин азоту в металах і залізонікелевому сплаві (див. рис. 3), причому це характерно не тільки для поверхні, але і для всієї дифузійної зони. Коли в якості індикаторів використовували мічені атоми заліза і нікелю, авторадіо- графічна картина була такою ж, але з великою кількістю засвічених і відновлених мікро- кристалів бромистого срібла. Водночас міграція вуглецю в залізо і сплав Fe—30%Ni сприяє утворенню карбіду заліза при   перетворенні. Зазначимо, що згідно з даними авторадіографічного і рентгеноструктурного аналізу, утворення фази втілення Fe3C відбувається і при    перетворенні в сплаві Fe—30%Ni як у процесі деформації, так і одночасної дії деформації і перетворення, а також у залізі, що знаходиться інколи між П-подібним оправленням і зразком. Тобто утворення хімічної сполуки в процесі імпульсної обробки можливе навіть при температурі, що нижча за кім- натну. Крім карбідної фази при проникненні атомів вуглецю в залізо під дією    пе- ретворення на рентгенограмах, знятих із поверхні зразків, спостерігається розщеплення тетрагонального дублета (110) і (011), що свідчить про присутність в α-залізі більш, ніж 61ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 3 Вплив проміжних прошарків на взаємну дифузію за умов мартенситних перетворень 0,6% вуглецю, в той час як у вихідному стані його вміст не перевищує 0,003 %. Парамет- ри кристалічної гратки заліза після міграції вглиб речовини атомів вуглецю становлять 0,2853 (а), 0,2957 нм (с) і 0,2848 нм (а), 0,3002 нм (с), що вказує на наявність у твердому розчині відповідно 0,9% ( перетворення) і 1,5% вуглецю ( перетворення). Для заліза в вихідному стані а  0,28666 нм. Розчинення вуглецю в Fe-Ni-сплаві при  пе- ретворенні (МП  553 К) також супроводжує міграції атомів вуглецю. У вихідному γ-стані параметр а  0,35875 нм, а після проникнення атомів вуглецю — 0,36180 нм. Вміст вуглецю в приповерхневих шарах Ni і γ-Fe-Ni, підданих дії тільки деформації, складають відповідно 0,7 та 0,9%. Для залізонікелевого оправлення (вихідна мартенситна фаза), яке зазнало дії тільки деформації значення С  0,5 %. Для заліза у вихідному стані а  0,28666 нм. Роз- чинення вуглецю в Fe-Ni-сплаві при перетворенні (МП  553 К) також супроводжує міг- рацію атомів вуглецю. У вихідному γ-стані параметр а  0,35875 нм, а після проникнення атомів вуглецю — 0,36180 нм. Вміст вуглецю в приповерхневих шарах Ni та γ-Fe-Ni, під- даних дії тільки деформації, становить відповідно 0,7 та 0,9%. Для залізонікелевого оп рав- лення (вихідна мартенситна фаза), яке зазнало дії тільки деформації, значення С  0,5%. Слід зазначити, що для деформованих заліза, нікелю і сплаву в обох фазах і для підданих комбінованій дії деформації і перетворення в обох температурних інтервалах після про- никнення атомів вуглецю nА  2 (для Fe і α-Fe-Ni) і 4 (для Ni і γ-Fe-Ni). Отже, розчинення вуглецю, як раніше було показано на прикладі азоту, в ОЦК і ГЦК-металах відбувається за типом втілення. При використанні прошарків товщиною до 100 мкм були визначені рухливості в них атомів різних елементів у процесі деформації за рахунок об’ємного ефекту при мартенсит- них перетвореннях в залізонікелевого сплаві (див. таблицю). Як і слід було очікувати, спо- стерігається тенденція до зниження рухливості при переході від більш до менш пластич них матеріалів. Це, однак, не є суворою закономірністю, так як є ще ряд факторів, що впливають на міграцію атомів, наприклад, симетрія гратки, ступінь деформації, природа проникаючого атома. Крім того, присутність у сплавах домішок заміщення змінює швидкість пересування Коефіцієнти масоперенесення різних елементів (DМ·1010, см2/с) в деформованих прошарках Т, К Матеріал прошарку Дифузанти Cо Fe Ni Cu C N 233—173 Fe 13 6,1 3,8 1,0 0,72 0,60 Ni 9,0 4,3 2,5 0,71 0,5 0,42α-Fe–Ni 11 5,8 3,5 0,9 0,74 - Cu — 6,2 6,1 — 0,29 0,25 Mo 0,021 0,013 0,010 ~0 ~0 ~0 553613 Fe 25 12 8,3 2,8 1,9 1,5 Ni 8,0 6,0 5,0 2,5 1,2 0,99γ-Fe–Ni 17 8,9 6,3 2,4 2,5 — Cu — 13,3 13,0 — 0,62 0,55 Mo 0,048 0,029 0,022 ~0 ~0 ~0 62 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2021. № 3 Ю.М. Коваль, В.Ф. Мазанко, Д.С. Герцрікен, Є.І. Богданов, В.М. Міронов, С.Є. Богданов атомів (див. таблицю). Також спостерігається вплив температури деформації на дифузію для всіх вивчених у роботі матеріалів. Висновки. Отже наявність проміжних прошарків з матеріалів, які характеризуються різними механічними властивостями і містять метали або легкі елементи, дозволяють більш точно визначити рухливість та розподіл атомів у дифузійній зоні, розчинність та тип твер- дого розчину, утворення фаз втілення тощо за умов мартенситних перетворень та створеною ними імпульсною деформацією. ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА 1. Герцрикен Д.С., Мазанко В.Ф., Тышкевич В.М. Фальченко В.М. Массоперенос в металлах при низких температурах в условиях внешних воздействий. Киев: Изд-е НАН Украины. 2001. 458 c. 2. Герцрикен Д.С., Гуревич М.Е., Коваль Ю.Н., Фальченко В.М. Влияние мартенситного превращения на диффузионную подвижность атомов в металлах. Мартенситные превращения. Киев: Наук. думка. 1978. С. 274—278. 3. Герцрикен Д.С., Коваль Ю.Н., Мазанко В.Ф., Новомлынец О.А., Миронов В.М., Алексеева В.В.. Диф- фузия в условиях мартенситных превращений в материалах с различными структурой и фазовым со- ставом. Наукова думка ери інформації: надбання, виклики, пріоритети : зб. матеріалів міждисциплін. наук.-практ. конф., Київ, 21 грудня 2018 р. [уклад. Л.І. Юдіна]. Київ, 2019. С. 8—15. URL: http://futurolog. com.ua/publish/14/zbirnyk.pdf#page=8. 4. Majee A.L., Davies R.G. On the vilume expansion accompanying the f.c.c. to b.c.c transformation in the fer rous alloys. Acta met. 1972. 20, N 5. Р. 1031—1034. 5. Герцрикен Д.С., Коваль Ю.Н., Тышкевич В.М., Фальченко В.М. Влияние мартенситных превращений на подвижность атомов в железоникелевых сплавах. ФММ. 1994. 77, вып. 4. С. 103—109. 6. Арбузова А.И., Коваль Ю.Н., Мартынов В.В., Хандрос Л.Г. Деформация и восстановление формы при мартенситном превращении в системе медь–олово. ФММ. 1973. 35, вып. 1. С. 78—82. 7. Коваль Ю.Н., Молин А.И. Изменение намагниченности при взрывном образовании мартенсита. Ме- тал лофизика. 1980. 2, № 4. С. 102—105. 8. Митлина Л.А., Мазанко В.Ф., Герцрикен Д.С., Миронова О.А.. Определение длительности массоперено- са и температуры импульсно деформируемого металла. ФММ. 2005. 99, вып. 2. С. 187—193. 9. Клявин О.В., Чернов Ю.М., Мамырин Б.А. и др. Проникновение гелия в кристаллы LiF при их дефор- мировании в среде жидкого гелия Не3 и Не4. ФТТ. 1976. 18, № 5. С. 1281—1285. Надійшло до редакції 09.03.2021 REFERЕNCES 1. Gertsriken, D. S., Mazanko, V. F., Tyshkevich, V. M. & Falchenko, V. M. (2001). Mass transfer in metals at low temperatures under external influences. Kiev: Publ. NAS of Ukraine. [in Russian]. 2. Gertsriken, D. S., Gurevich, M. E., Koval, Yu. N. & Falchenko V. M. (1978). The effect of martensitic transformation on the diffusion mobility of atoms in metals. Martensitic transformations. Kyiv: Naukova Dumka. [in Russian] 3. Gertsriken, D. S., Koval, Yu. N., Mazanko, V. F., Novomlynets, О. O., Mironov, V. M. & Alekseeva, V. V. Diffusion under martensitic transformations in materials with different structure and phase composition. The scientific thought of the information age: assets, challenges, priorities:collection of interdisciplinary ma- terials. scientific practice. conf. Kyiv, December 21, 2018. Kyiv. 2019, pp. 8-15 [in Russian]. URL: http:// futurolog.com.ua/publish/14/zbirnyk.pdf#page=8. 4. Majee, A. L. & Davies, R. G. (1972). On the vilume expansion accompanying the f.c.c. to b.c.c transformation in the ferrous alloys. Acta met. 20, No. 5, pр.1031-1034. 5. Gertsriken, D. S., Koval, Yu. N., Tyshkevich, V. M. & Falchenko, V. M. (1994). Influence of martensitic transfor- ma tions on the mobility of atoms in iron-nickel alloys. FMM. 77, No. 4, pp. 103-109 [in Russian]. 63ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 3 Вплив проміжних прошарків на взаємну дифузію за умов мартенситних перетворень 6. Arbuzova, A. I., Koval, Yu. N., Martynov, V. V. & Khandros, L. G. (1973). Deformation and shape recovery during martensitic transformation in the copper — tin system. FMM. 35, No. 1, pp. 78-82 [in Russian]. 7. Koval, Yu. N. & Molin, A. I. (1980). Changes in magnetization during explosive formation of martensite. Metallofizika. 2, No. 4, pp. 102-105 [in Russian]. 8. Mitlina, L. A., Mazanko, V. F., Gertsriken, D. S. & Mironova, O. A. (2005). Determination of the duration of mass transfer and the temperature of the pulse-deformed metal. FMM. 99, Iss. 2. pp. 187-193 [in Russian]. 9. Klyavin, O. V., Chernov, Yu. M., Mamyrin, B. A. et al. (1976). Penetration of helium into LiF crystals during their deformation in the medium of liquid helium He3 and He4. FTT. 18, No. 5, pp. 1281-1285 [in Russian]. Received 09.03.2021 Yu.N. Koval, V.F. Mazanko, D.S. Gertsriken, E.I. Bogdanov, V.M. Mironov, S.E. Bogdanov G.V. Kurdyumov Institute for Metal Physics of the NAS of Ukraine, Kyiv E-mail: besal21@ukr.net INFLUENCE OF INTERLAYERS ON THE INTERDIFFUSION UNDER CONDITIONS OF MARTENSITIC TRANSFORMATIONS The phase composition of the diffusion zone formed under the low-temperature impulse exposure is investigated by methods based on the use of radioactive indicators, X-ray structural and microdurometric analyzes. Defor- mation was treated by means of using the significant bulk effect during the athermal martensite transformations ( at the liquid nitrogen cooling and  at the heating up to 923 K). The iron alloy with 30 % nickel con- tent existed after various conditions of preliminary treatment at room temperature in a homogeneous solid solu- tion in two kinds: bcc lattice (-phase) and fcc lattice (-phase). There were made the cubic samples from fcc lattice and П-shaped ones (the Greek letter alphabet) from bcc lattice ones. The surfaces of cubic samples were covered with the layers of labeled atoms and placed into П-like ones. Between these layers and parallel surfaces of the lower part were two foils [iron and molybdenum (or nickel, copper, aluminum)] in order to ensure the contact between all kinds of the researched materials. Jointed samples were dipped into liquid nitrogen (trans- formation occurs in the cubic sample) or placed into a heated oven at 923 K (transformation occurs in the П-shaped one). The bulk effect during these transformations stimulates a pulse deformation of the contacting surfaces and near-surface layer in both cases. The present load scheme allows one to obtain samples to be under- gone to a pulse deformation action and a simultaneous action   transformations and plastic deformations made by them. The control samples underwent  and transformations without interlayers. In ad dition, they underwent transformations without additional pulse deformation. The influence of intermediate layers on the rate of mass transfer and the features of the phase formation under conditions of martensitic transformations with the explosive kinetics is shown. The relationship between the type of penetrating atoms and the phases they form under nonequilibrium conditions has been established. Keywords: martensitic transformation, explosive kinetics, diffusion, phase formation, intermediate layers.

Вплив проміжних прошарків на взаємну дифузію за умов мартенситних перетворень

Institution

Ähnliche Einträge