Применение параметров локальной когезии для интерпретации материало-ведческих эффектов в порошковых материалах
Рассмотрено применение параметров относительных изменений локальной когезии бора из твердофазной присадки В4С, рассчитанных в ЭПВ КТАИВ для априорных оценок перераспределения бора по подрешеткам компонентов и ожидаемой тенденции упрочнения износостойкого ГСФ-псевдосплава на основе железа. Розглян...
Збережено в:
| Дата: | 2007 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інституту проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України
2007
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4312 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Применение параметров локальной когезии для интерпретации материало-ведческих эффектов в порошковых материалах / Г.А. Баглюк, Л.Н. Грищишина, С.Г. Пятачук. // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2007. — № 40. — С. 33-45. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-4312 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Баглюк, Г.А. Грищишина, Л.Н. Пятачук, С.Г. 2009-10-06T11:12:49Z 2009-10-06T11:12:49Z 2007 Применение параметров локальной когезии для интерпретации материало-ведческих эффектов в порошковых материалах / Г.А. Баглюк, Л.Н. Грищишина, С.Г. Пятачук. // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2007. — № 40. — С. 33-45. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 0136-1732 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4312 621.762:539.2:532.64.669: Рассмотрено применение параметров относительных изменений локальной когезии бора из твердофазной присадки В4С, рассчитанных в ЭПВ КТАИВ для априорных оценок перераспределения бора по подрешеткам компонентов и ожидаемой тенденции упрочнения износостойкого ГСФ-псевдосплава на основе железа. Розглянуто застосування параметрів відносних змін локальної когезії бору з твердофазної присадкі В4С, які розраховано у наближенні ЕПВ КТАІВ для апріорних оцінок перерозподілу бору по підгратницям компонентів, а також для очікуваної тенденції зміцнення зносостійких ГСФ-псевдосплавів на основі заліза. This paper dealt with of application of the boron local cohesion parameters (PLC) for iron powder materials with the solid-phase dopants B4C. The PLC were calculated by EPI QTAIS-approach and they may be to interpretation of material science effects into a GSPh-materials. ru Інституту проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України Поверхностные свойства расплавов и твердых тел, смачивание, адгезия Применение параметров локальной когезии для интерпретации материало-ведческих эффектов в порошковых материалах Application of the local cohesion parameters for interpretation of a material science effects into powder materials Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Применение параметров локальной когезии для интерпретации материало-ведческих эффектов в порошковых материалах |
| spellingShingle |
Применение параметров локальной когезии для интерпретации материало-ведческих эффектов в порошковых материалах Баглюк, Г.А. Грищишина, Л.Н. Пятачук, С.Г. Поверхностные свойства расплавов и твердых тел, смачивание, адгезия |
| title_short |
Применение параметров локальной когезии для интерпретации материало-ведческих эффектов в порошковых материалах |
| title_full |
Применение параметров локальной когезии для интерпретации материало-ведческих эффектов в порошковых материалах |
| title_fullStr |
Применение параметров локальной когезии для интерпретации материало-ведческих эффектов в порошковых материалах |
| title_full_unstemmed |
Применение параметров локальной когезии для интерпретации материало-ведческих эффектов в порошковых материалах |
| title_sort |
применение параметров локальной когезии для интерпретации материало-ведческих эффектов в порошковых материалах |
| author |
Баглюк, Г.А. Грищишина, Л.Н. Пятачук, С.Г. |
| author_facet |
Баглюк, Г.А. Грищишина, Л.Н. Пятачук, С.Г. |
| topic |
Поверхностные свойства расплавов и твердых тел, смачивание, адгезия |
| topic_facet |
Поверхностные свойства расплавов и твердых тел, смачивание, адгезия |
| publishDate |
2007 |
| language |
Russian |
| publisher |
Інституту проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Application of the local cohesion parameters for interpretation of a material science effects into powder materials |
| description |
Рассмотрено применение параметров относительных изменений локальной когезии бора из
твердофазной присадки В4С, рассчитанных в ЭПВ КТАИВ для априорных оценок
перераспределения бора по подрешеткам компонентов и ожидаемой тенденции упрочнения
износостойкого ГСФ-псевдосплава на основе железа.
Розглянуто застосування параметрів відносних змін локальної
когезії бору з твердофазної присадкі В4С, які розраховано у наближенні
ЕПВ КТАІВ для апріорних оцінок перерозподілу бору по підгратницям
компонентів, а також для очікуваної тенденції зміцнення зносостійких
ГСФ-псевдосплавів на основі заліза.
This paper dealt with of application of the boron local cohesion parameters
(PLC) for iron powder materials with the solid-phase dopants B4C. The PLC
were calculated by EPI QTAIS-approach and they may be to interpretation of
material science effects into a GSPh-materials.
|
| issn |
0136-1732 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4312 |
| citation_txt |
Применение параметров локальной когезии для интерпретации материало-ведческих эффектов в порошковых материалах / Г.А. Баглюк, Л.Н. Грищишина, С.Г. Пятачук. // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2007. — № 40. — С. 33-45. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT baglûkga primenenieparametrovlokalʹnoikogeziidlâinterpretaciimaterialovedčeskihéffektovvporoškovyhmaterialah AT griŝišinaln primenenieparametrovlokalʹnoikogeziidlâinterpretaciimaterialovedčeskihéffektovvporoškovyhmaterialah AT pâtačuksg primenenieparametrovlokalʹnoikogeziidlâinterpretaciimaterialovedčeskihéffektovvporoškovyhmaterialah AT baglûkga applicationofthelocalcohesionparametersforinterpretationofamaterialscienceeffectsintopowdermaterials AT griŝišinaln applicationofthelocalcohesionparametersforinterpretationofamaterialscienceeffectsintopowdermaterials AT pâtačuksg applicationofthelocalcohesionparametersforinterpretationofamaterialscienceeffectsintopowdermaterials |
| first_indexed |
2025-11-27T01:06:05Z |
| last_indexed |
2025-11-27T01:06:05Z |
| _version_ |
1850790180204576768 |
| fulltext |
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2007. Вып. 40 33
УДК 621.762:539.2:532.64.669:
Г. А. Баглюк, Л. Н. Грищишина, С. Г. Пятачук*
ПРИМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЛОКАЛЬНОЙ КОГЕЗИИ
ДЛЯ ИНТЕРПРЕТАЦИИ МАТЕРИАЛОВЕДЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ
В ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛАХ
Рассмотрено применение параметров относительных изменений локальной когезии бора из
твердофазной присадки В4С, рассчитанных в ЭПВ КТАИВ для априорных оценок
перераспределения бора по подрешеткам компонентов и ожидаемой тенденции упрочнения
износостойкого ГСФ-псевдосплава на основе железа.
Введение
Порошковые псевдосплавы на основе железа, легированного твердофаз-
ными присадками типа карбоборидов, как известно, являются основой для
создания перспективных многокомпонентных материалов повышенной
износостойкости, которую обеспечивает особая микроструктура (рис. 1)
с градиентными структурно-фазовыми состояниями (ГСФ) [1―18].
При спекании из порошковых компонентов ГСФ-материала имеют место
многие из процессов фазообразования и сокристаллизации, как и в
традиционных технологиях. Но известно, что особую роль как в процессе
первичного механического нагружения (прессования порошковых
смесей), так и при спекании играют именно процессы, активизирующие
атомную когезию между атомами компонентов [2, 3]. Однако, как
показано в работе [2], специфика топохимических реакций в твердо-
фазном состоянии порошковых материалов с градиентными структурно-
фазовыми состояниями такова, что для интерпретации некоторых
эффектов и направленного их регулирования (в том числе структур
срастания) необходимы априорные оценки на уровне атом-атомного
взаимовлияния атомов как всех компонентов, так и примесей. В настоящее
время наиболее экономично и быстро это можно провести в приближении
Рис. 1. Микроструктура ГСФ-материала
Fig. 1. Microstructure of the GSPh-materials
________________________
* Г. А. Баглюк — доктор технических наук, зав. отделом Института проблем материало-
ведения им. И. Н. Францевича НАН Украины; Л. Н. Грищишина ― кандидат физико-
математических наук, старший научный сотрудник, там же; С. Г. Пятачук ― аспирантка,
там же.
© Г. А. Баглюк, Л. Н. Грищишина, С. Г. Пятачук, 2007
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2007. Вып. 40 34
эффективно-парного взаимовлияния количественной теории атомно-
изоморфных взаимозамещений (ЭПВ КТАИВ), некоторые результаты из
которой будут рассмотрены далее.
Как показано в работах [2, 6], спекание сопровождается не только
объемной и поверхностной, но и межзеренной диффузией атомов. При
этом проявляется эффект нестехиометрии, как следствие термомеха-
нических нагрузок на компоненты порошковой смеси. Поскольку
порошковые частицы имеют не атомно-чистые поверхности, как принято
было считать в приближении идеальных растворов, а примеснонасыщен-
ные слои, то за счет этого самоорганизуются при определенных условиях
примеснонасыщенные структуры срастания, ответственные за прочность
порошковых материалов.
В настоящее время получило распространение применение
твердофазного легирования порошками тугоплавких частиц типа
карбоборидов, карбонитридов [3]. Одной из его целей есть направленное
введение атомов малолегирующих элементов, как регуляторов
поверхностно-активных центров, для зарождения топологически
связанных кластеров [8], сращивающих порошковые частицы в процессе
спекания. Иерархия процессов, развивающихся на разных уровнях
структурной организации фаз срастания, дана в Приложении 1.
К числу свойств ГСФ-материалов, поддающихся прямому изучению на
макро-, микро- и мезоуровнях структурной организации твердого
состояния, относят, как известно, твердость Нм и модули, в частности,
объемного сжатия К = 1/χ (χ — сжимаемость как функция сил атомного
сцепления (когезии) внутри атомной структуры [2, 4]). Из физики
прочности известно, что на самом глубоком уровне в атомной подсистеме
эти характеристики формируются совокупностью характеристик,
зависящих от различий в атомных размерах всех атомов. Так, степень
локальной дефектности определяют по формуле
δ = ∆Ri-j /Rj, где R — атомные радиусы i и j компонентов.
Можно показать, что твердость Hм (по Моосу) зависит от зарядов z и
радиусов R ионов, параметра решетки d, заряда электрона e. Кроме того,
энергия кристаллической решетки Uреш тоже есть функцией этих же
характеристик:
Hм = (f z1 z2) / d
m; (1)
Uреш = (NA αM z1 z2 e
2) / dm. (2)
Здесь NA — число Авогадро; αM — константа Маделунга при m = 1. Если
найти соотношение Uреш и мольного объема как функции объема на
атом Ω, то получим величину твердости:
H = Uреш / NA Ω. (3)
Это позволяет проводить количественные сравнения твердости и
сжимаемости, исходя из атомных характеристик, полученных методами
прямых измерений на элементарных ячейках высокочистых моновеществ
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2007. Вып. 40 35
в их твердом состоянии [4, 5]. Поскольку феномен когезии есть
проявление сил межатомного (или межмолекулярного) взаимодействия в
атомной решетке (и, следовательно, функция межатомных расстояний
Sмеж), регулирование атом-атомного взаимодействия через локальное
влияние атомных характеристик чужеродных атомов [9―14] можно
выполнять начиная с прогнозных оценок по относительным разницам в
атомных размерах и сжимаемости χ для парных комбинаций. Тем более,
что известно: во многих структурах Sмеж выдерживаются с точностью до
0,001 нм для одинаковых парных комбинаций элементов.
Достаточно корректные оценки для реальных многокомпонентных
систем можно получить в приближении эффективно-парного
взаимовлияния количественной теории атомно-изоморфных взаимо-
замещений на парных комбинациях “атом железа как растворитель —
атомы примесей из числа 1Н—94Pu“.
В ряде работ уже опубликованы данные по расчету вспомогательных
микроскопических параметров взаимовлияния в паре комбинируемых
элементов ПЭлХ = dEn/dR (En — электроотрицательность как мера
химического потенциала; R — атомный радиус), высокотемпературных
параметров ВМП = ∂2H/∂T∂Ω сплавляемости (Н — энтальпия, Т —
температура, Ω — атомный объем) и параметров относительных
изменений локальной когезии РLK = dχ/dSмеж для прогнозирования
примесноактивированного относительного изменения локальной когезии
(dχ — изменение сжимаемости в области примесного атома в
элементарной ячейке элемента-хозяина; dSмеж — локальное изменение в
ячейке кратчайшего межатомного расстояния для данной пары).
Некоторые пояснения к теории КТАИВ даны в Приложении 2 и работах
[7, 8, 11—15, 18].
Обсуждение полученных результатов
Легирование бором и углеродом по отдельности, как известно практикам,
затруднено в силу ряда причин. Одна из них — сложность достижения
гомогенного распределения по всем твердофазным составляющим
псевдосплава на основе железа. В результате твердофазного легирования
В4С в образцах, полученных по нашей технологии, удовлетворительная
равномерность распределения была достигнута. Однако было установлено
падение стехиометричности твердофазной присадки и так называемый
эффект “исчезания“ как по бору, так и по углероду (рис. 2).
Поскольку термообработка псевдосплава ведется в области
1300―1500 К, то есть в интервале стабильности γ2-ГЦК-фазы железа
(табл. 1), то одним из предположений появления эффекта потери
стехиометрии может считаться версия о захвате подрешетками мигри-
рующих атомов малолегирующего элемента другими легирующими или
примесными в самом железе элементами, так как для гипотезы выгорания
бора необходимы более высокие температурные режимы.
Микрозондовые исследования дают основание утверждать, что все
исследованные порошковые частицы являются мегапримесными (иногда
до нескольких десятков примесей). Это есть следствие условий
производства порошковых материалов и наличия в них реликтовых
остатков из породо- и рудообразующих минералов (табл. 2).
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2007. Вып. 40 36
1350 1400 1450
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
2,8
3,0
B
/C
=
k
Температура спекания T , K
B/C=k06
B/C=k10
B/C=k15
Рис. 2. Динамика нестехиометрии В4С как функция Т (К)
и количества присадки (6 (□), 10 (○) и 15% (▲))
Fig. 2. Dynamics of B4C—nonstoichiometry as a function
from T (K) and contents of it (6 (□), 10 (○) and 15% (▲))
Т а б л и ц а 1. Термически активируемые изменения
атомных характеристик для аллотропных фаз
железа*
T a b l e 1. Thermo-activation changes of the atomic
characteristics for iron phases*
Фаза,
структура
Темпе-
ратура, К
µБ маг-
нетона
Бора
Объем
атома,
10-30 м3
γ1-Fe (ГЦК)
До 1673 0,7 11,09
γ2-Fe (ГЦК)
1673—1183
2,8
12,06
ε-Fe (ГПУ)
1183—1043
0
10,80
α-Fe (ОЦК)
Ниже 1043
2,2
11,70
* В табл. 1 приведены зависимости магнитных µБ и симметрийных (δ-ОЦК) →
(γ1-ГЦК) → (γ2-ГЦК) → (ε-ГПУ) → (α-ОЦК) превращений в твердом состоянии в
элементарной ячейке железа по мере снижения температуры, когда термически
активированное перераспределение электронов недостроенной 3d-оболочки (по
спиновым подзонам со спинами spin up и spin down) формирует изменение
магнитного момента на атоме, управляющее то уплотнением, то расширением
электронных оболочек, контролирующих объем атомов Ω железа и смену типа
решетки через соответствующее координационное число КЧ [16, 17].
T, K T, K
B
/C
=
k
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2007. Вып. 40 37
Т а б л и ц а 2. Фрагмент распечатки качественного микро-
зондового анализа примесного состава порошковой частицы
железа (Superprobe-733)
T a b l e 2. Part of quality microanalyser contents Fe-particle
(Superprobe-733)
EL
WL
CNT
INTENS.
EL
WL
CNT
INTENS.
Y
6,05
169
**********
I
3,15
28
*********
Re
6,73
188
**********
Te
3,29
30
*******+
Si
7,13
209
**********
Sb
3,44
21
*******
Lu
7,84
86
**********
Sn
3,60
20
*******
Yb
8,15
91
**********
K
3,74
21
******+
Al
8,34
77
**********
In
3,77
17
*******
Отсюда следует постановка задачи: проанализировать с помощью
параметров ПЭлХ = dEn/dR микромеханизмы атомно-изоморфных
замещений атомов железа примесными 1H―94Pu; провести то же самое
для бора как примеси в парных комбинациях с 1H―94Pu элементами как
его растворителями; выявить их конкурентоспособность к захвату атомов
бора в пределах каждого типа микромеханизма замещения; рассчитать
параметры РLK = dχ/dSмеж для априорных оценок изменения локальной
когезии за счет эффекта захвата бора примесями.
На схемах 1 и 2 представлены вспомогательные микроскопические
параметры ПЭлХ = dEn/dR для железа, как растворителя примесей из
числа 1H―94Pu и в порядке конкурентоспособности, на схеме 3 —
параметры локальной когезии РLK = dχ/dSмеж. Все данные обобщены по
двузнаковым определителям [д. з. о.], как указателям на сочетание
вкладов, привносимых по размеру и электронно-химическому фактору
(En ― электроотрицательность в терминах Пирсона и [4]). Это помогает
определять тип микромеханизма замещения позиции или вакансии в
подрешетке элемента-растворителя.
Следует сделать более подробные пояснения относительно знаков до и
после рассматриваемых параметров. Для математического моделирования
процесса замещения, как известно, требуется знание описаний
относительного физико-химического “качества” замещаемой структурной
позиции атома-предшественника. Естественно, что это должно
характеризовать то, как чужеродные атомы по размеру и энергетике
отличаются от атома-хозяина. С этой целью при параметрах приведены
два знака, указывающие на относительный вклад размерных и энергети-
ческих характеристик примеси в парную комбинацию примесь—хозяин как
самостоятельную единицу атомной подсистемы (СЕАП). Так формируются
четыре комбинации двузнаковых определителей [д. з. о.], характеризующих
индивидуальные микромеханизмы взаимовлияния в паре примесь―
основной атом: если при dEn/dR указаны [– на (–)], [+ на (+)],
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2007. Вып. 40 38
С х е м а 1. Параметры электронно-химического взаимовлияния
dEn / dR по [д. з. о.]-квадрантам для металла-растворителя Fе
и 1Н― 94Pu примесей
S c h e m e 1. Parameters of electronical-chemical influence dEn / dR on
[t. s. d.]-quadrants for Fe as a metal-soluble and 1Н—94Pu as admixtures
то это признак твердорастворного замещения, а при двузнаковых
определителях [– на (+)], [+ на (–)] следует ожидать микромеханизмы
типа химического взаимодействия (схема 1). Подчеркнем, что [д. з. о.] со
смешанными знаками, как правило, свидетельствуют об ожидаемом
локальном внутрифазовом превращении типа упорядочения с образова-
нием соединений или изоморфных смесей.
При однотипных знаках между элементами [+ на (+)] и [– на (–)]
обычно подтверждается ожидаемое взаимозамещение по твердораствор-
ному микромеханизму, то есть имеет место захват примеси подрешеткой с
сохранением типично металлического межатомного взаимодействия, что и
[+ на (+)]
[– на (–)] [+ на (–)]
[– на (+)]
(Bi: 0,041), (Zn: 0,137),
(Sn: 0,153), (Po: 0,153),
(Sb: 0,297), (Si: 0,315),
(Te: 0,532), (H: 0,589),
(Ga: 0,593), (J: 0,648),
(Gd: 0,697), (Y: 0,846),
(Ge: 0,925)
(P: 1,481), (As: 1,530),
(Se: 1,554), (S: 1,635),
(Br: 1,635)
(Cl: 2,094),
(N: 3,577), (F: 3,786),
(O: 8,207),
(Cu: 47,335)
(Pb: 0,149), (In: 0,299), (Tl: 0,354),
(Cs: 0,416), (Rb: 0,4619), (Hg: 0,475),
(Cd: 0,490), (Ra: 0,513), (K: 0,519),
(Ba: 0,543), (Sr: 0,578)
(Eu: 0,641), (Ca: 0,668), (Yb: 0,682),
(Na: 0,77213), (Th: 0,792), (Ce: 0,795),
(Pr: 0,805), (La: 0,808), (Nd: 0,815),
(Tb: 0,829), (Pm: 0,833), (Sm: 0,841),
(Dy: 0,846), (Lu: 0,850), (Al: 0,855),
(Ho: 0,859), (Er: 0,860), (Ir: 0,870),
(Tm: 0,884), (Sc: 0,942), (Mg: 0,983)
(Zr: 1,004), (Ag: 1,018), (Hf: 1,05),
(Au: 1,034), (Os: 1,229), (U: 1,229),
(Ta: 1,241), (Pu: 1,324), (Ti: 1,350),
(W: 1,405), (Re: 1,408), (Pt: 1,411),
(Nb: 1,648), (Mn: 1,811), (Li: 1,819)
(V: 2,096), (Mo: 2,105), (Rh: 2,180),
(Pd: 2,289), (Tc: 2,563), (Ru: 2,743)
(Cr: 8,602)
(Co: 1,844),
(B: 2,044), (Ni: 2,783),
(C: 5,692)
(Be: 0,887)
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2007. Вып. 40 39
С х е м а 2. Параметры электронно-химического взаимовлияния
dEn/dR для бора как примеси в других элементах-растворителях,
сгруппированных по [д. з. о.]-квадрантам и в порядке конкуренто-
способности
S c h e m e 2. Parameters of electronical-chemical influence dEn / dR on
[t. s. d.]-quadrants for boron as the admixture to other elements-solubles
способствует рассеянию сигнала от малолегирующего элемента,
обусловливая как бы эффект его “исчезания“.
С позиции физико-химического смысла в основе интерпретации
двузнаковых определителей вклада примеси [д. з. о.] при параметрах PLK =
= dχ/dSмеж лежат представления о подвижности энергетической плотности
при сжатии атомов: если она малоподатлива при нагрузках, то первый
знак отрицательный. В противоположном случае, то есть при значитель-
ной податливости атомной подсистемы и хорошей сжимаемости, —
положительный знак. В сочетании с минусом за цифрой параметра
(второй знак в круглой скобке) следует ожидать слабый контакт атомов;
при положительном втором знаке сцепление (когезия) будет более
устойчивым за счет избыточного объема чужого атома и перекрывания с
атомом-хозяином в данной области. Относительно вторых знаков в
скобках, указывающих на размерное несоответствие, следует подчеркнуть,
[– на (–)] [+ на (–)]
Нет Нет
(P: 0,0189), (Te: 0,077), (Ge: 0,083), (Sb: 0,378),
(Po: 0,429), (Ga: 0,519), (Sn: 0,5995), (Bi: 0,605),
(Si: 0,703), (Pb: 0,921)
(In: 1,172), (Zn: 1,237), (Tl: 1,244), (Cu: 1,412),
(Hg: 1,429), (Cd: 1,452), (Ni: 1,713), (Al: 1,834),
(Ir: 1,864), (Co: 1,967), (Ag: 1,992)
(Au: 2,005), (Os: 2,041), (Fe: 2,044), (Mn: 2,1),
(Re: 2,184), (Ra: 2,203), (Th: 2,27), (Pt: 2,214),
(Yb: 2,236), (Mg: 2,239), (Sc: 2,255), (Sr: 2,26),
(Ba: 2,256), (Ca: 2,267), (W: 2,273), (Lu: 2,276),
(Rb: 2,278), (Zr: 2,28), (Ta: 2,285)
(Hf: 2,308), (Eu: 2,308), (Tb: 2,346), (Ce: 2,349),
(Er: 2,361) (Dy: 2,368), (Cs: 2,372), (La: 2,38),
(Ti: 2,383), (Ho: 2,384), (Pr: 2,389), (Tm: 2,391),
(K: 2,403), (Nd: 2,403), (Pm: 2,427), (Sm: 2,439),
(V: 2,458), (Rh: 2,482), (U: 2,501), (Cr: 2,507), (Na: 2,5),
(Pa: 2,519), (Pu: 2,584), (Ac: 2,626), (Np: 2,68),
(Ru: 2,71), (Pd: 2,795),
(Nb: 2,809), (Tc: 2,857), (Mo: 2,869), (Li: 3,935),
(Be: 31,788)
(H: 0,035),
(J: 0,146),
(Y: 0,166)
(As: 0,206),
(S: 0,461),
(Se: 0,480)
(Gd: 0,49),
(Br: 0,64),
(Cl: 0,762)
(N: 1,089),
(F: 1,318),
(O: 1,745)
(C: 4,321)
[+ на (+)] [– на (+)]
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2007. Вып. 40 40
что во всех случаях они предупреждают о возможности появления
локальной собственной решеточной деформации: если “плюс”, то
ожидается распирающая локальная деформация, а при “минусе” —
локально-стягивающая. В работах [3, 7, 8] рассмотрение сопровождается
иллюстрациями, графиками и аттестационными картами АК 1 и АК 11
типов, моделирующими как энергетические различия вторых элементов в
парной комбинации примесь—хозяин подрешетки, так и размерные
отклонения, ответственные за масштабные градиенты в решетке основных
компонентов.
На примере парных комбинаций с углеродом можно убедиться
(табл. 3), что мигрирующие атомы углерода в парах с примесными в же-
лезе d-металлами проявляют способность вхождения в их подрешетку по
твердорастворному микромеханизму с акцепторной тенденцией, характе-
ризующейся значительным параметром электронно-химического влияния
ПЭлХ = dEn/dR.
В нашем варианте при отжигах в области чуть выше γ2-превращения
ГЦК-решетки железа, согласно экспериментальным данным [4], углерод и
другие примеси хорошо растворяются в нем за счет непосредственного
заселения узловых структурных позиций, а не по межузельным.
Изменение содержания углерода из твердофазной присадки В4С
обусловливает его твердорастворное упрочнение и повышает параметры
решетки карбида Fe, что ведет к смене группы симметрии. Более подробно
это будет рассмотрено в последующих публикациях.
Анализируя совместно схемы 1 и 2, можно сделать следующие
выводы.
Большинство примесных элементов с [д. з. о. ] типа [+ на (+)] в
решетке железа играют роль доноров, отдавая электроны атомам железа.
Для атомов бора (схема 2), у которого [д. з. о.] с обратными знаками
[– на (–)] имеет место акцепторное свойство. Поэтому перенос заряда
ожидается от растворяющих его элементов к самому бору*.
Cреди металлов, растворяющих бор, — гафний и эрбий, а также калий и
неодим энергетически эквивалентны в парных комбинациях с ним.
Совместный анализ трех схем позволяет установить, что по
соотношению атомных характеристик между элементами, с которыми у
атомов бора такой микромеханизм [– на (–)], бор потенциально способен к
захвату вакансиями из подрешеток таких компонентов (примесей).
Проявление нестехиометрии есть подтверждение реализации микро-
механизма типа [– на (–)] замещений бором вакансий, а повышение
микротвердости — указание на увеличение в связи с этим локально-
стягивающих напряжений в атомной решетке, что можно интерпрети-
ровать как эффект твердорастворного упрочнения бором.
Сделанные выводы подтверждаются аналогичным типом [д. з. о.] при
параметрах относительных изменений локальной когезии dχ / dS = PLK.
* Интерпретация знаков при параметрах dEn/dR, характеризующих относительные
различия атомов в парной комбинации, основана на результатах квантово-
механических расчетов в приближении когерентного потенциала (ПКП) при
исследовании переноса заряда в бинарных сплавах d-металлов, подтвержденных
комплексом физико-химических методов [8, 18].
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2007. Вып. 40 41
Т а б л и ц а 3. Параметры для анализа микромеханизма взаимо-
замещения углерода по подрешеткам примесных элементов в железе
T a b l e 3. Parameters for determination of a substitution micro-
mechanism for the iron admixtures
Примесь→
(хозяин)
∆R/R,
%
dEn/dR Примесь→
(хозяин)
∆R/R, % dEn/dR
С→(V) –13,9 –5,184(–) V→(Fe) +5,5 +2,096(+)
С→(Cr)
– 9,8
–6,261(–)
Сr→(Fe)
+0,6
+8,602(+)
С→(Mn)
–10,4
–5,398(–)
Mn→(Fe)
+1,3
+1,811(+)
С→(Fe)
– 9,2
–5,692(–)
Nb→(Fe)
+15,2
+1,648(+)
С х е м а 3. Параметры локальной когезии PLK по [д. з. о.]-
квадрантам для бора как примесного элемента относительно прочих
элементов
S c h e m e 3. The local cohesion parameters PLK on [t. s. d.]-quadrants
for boron as admixture into of other elements-solubles
Нет
Заключение
[– на (+)] [+ на (+)]
[+ на (–)] [– на (–)]
(Au: 0,0595), (Nb: 0,0986), (V: 0,238), (Np: 0,475),
(Hf: 0,810), (Sn: 0,813), (Cu: 0,839), (Ti: 0,892), Ag: 0,99)
(U: 1,085), (Zr: 1,087), (Pa: 1,148), (Th: 1,267), (Al: 1,37)
(Pb: 1,416), (Cs: 1,424), (Si: 1,437), (Gd: 1,438), (Tb: 1,438),
(Er: 1,446), (Ho: 1,454), (Lu: 1,458), (Ra: 1,457), (Y: 1,461),
(Rb: 1,464), (Tm: 1,469)
(Sr: 1,502), (Ba: 1,506), (Sc: 1,508), (Ac: 1,515), (K: 1,52),
(Sm: 1,525), (In: 1,536), (Ca: 1,553), (Eu: 1,553), (Ce: 1,559),
(Pm: 1,581), (Yb: 1,592), (Nd: 1,597)
(Pr: 1,613), (Bе: 1,615), (Cd: 1,621), (Mg: 1,627), (La: 1,63),
(Po: 1,647), (Ge: 1,674), (Tl: 1,687), (Zn: 1,6995)
(Na: 1,708), (Hg: 1,714), (Bi: 1,746), (Sb: 1,777), (Ga: 1,966)
(Li: 2,01), (Te: 2,04), (As: 2,195), (Dy: 2,23), (Mn: 2,33)
(Se: 3,006), (P: 3,333), (S: 4,44)
(C: 14,492)
(Pd: 0,03979)
(Pu: 0,111),
(Cr: 0,156),
(Ni: 0,185),
(Co: 0,219),
(Ta: 0,287)
(Rh: 1,320),
(Mo: 1,361),
(Pt: 1,364),
(Tc: 1,632)
(W: 2,009),
(Ru: 2,084),
(Re: 2,674)
(Os: 3,303),
(Ir: 3,920)
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2007. Вып. 40 42
Заключение
Представленные результаты являются составной частью комплексных
теоретико-экспериментальных исследований, сопровождающих отработку
технологии износостойких сталей с градиентными структурно-фазовыми
состояниями, предназначенных для производства инструментов, работаю-
щих в условиях экстремальных нагрузок и агрессивных сред. Использова-
ние прогнозных оценок теории КТАИВ по ожидаемому влиянию твердо-
фазной присадки В4С как регулятора, формирующихся при спекании
структур срастания, позволило выявить важные материаловедческие
эффекты и улучшить прочностные свойства.
В заключение авторы благодарят академика Ю. В. Найдича за ценные
замечания, которые были высказаны в процессе обсуждения материала
представленной статьи.
РЕЗЮМЕ. Розглянуто застосування параметрів відносних змін локальної
когезії бору з твердофазної присадкі В4С, які розраховано у наближенні
ЕПВ КТАІВ для апріорних оцінок перерозподілу бору по підгратницям
компонентів, а також для очікуваної тенденції зміцнення зносостійких
ГСФ-псевдосплавів на основі заліза.
1. Козлов Э. В., Глезер А. М., Громов В. Е. Градиентные структурно-
фазовые сосотояния в твердых телах // Изв. РАН. Сер. Физ. ― 2003. ―
67, № 10. ― С. 1374―1377.
2. Скороход В. В., Солонин Ю. М., Уварова И. В. Химические,
диффузионные и реологические процессы в технологии порошковых
материалов. ― К.: Наук. думка, 1990. ― 246 с.
3. Острик П. Н., Гасик М. М., Пирог В. В. Металлургия губчатых и
порошковых лигатур. ― К.: Техника, 1992. ― 128 с.
4. Физическое металловедение / Под ред. У. Канна и П. Хаазена:
В 7-ми т. ― М.: Металлургия, 1987. ― Т. 1. ― 655 с.
5. Францевич И. Н., Воронов Ф. Ф., Бакута С. А. Упругие постоянные и
модули упругости металлов и неметаллов. ― К.: Наук. думка, 1982.
6. Проблемы нестехиометрии / Под ред. А. Рабенау. ― М.: Метал-
лургия, 1975. ― 303 с.
7. Макаров Е. С. Изоморфизм атомов в кристаллах. ― М.: Атомиздат,
1973. ― 284 с.
8. Грищишина Л. Н., Баглюк Г. А., Позняк Л. А. О влиянии факторов
атомной и электронной подсистем легирующих и примесных
элементов на формирование дефектов химической природы, упроч-
няющих твердые растворы // Электронное строение и свойства
тугоплавких соединений, сплавов и металлов. ― К.: Ин-т пробл.
материаловедения НАН Украины, 2002. ― С. 108―135.
9. Грищишина Л. Н. Электронная структура и атомный изоморфизм, как
факторы, обусловливающие способность химических элементов к
растворимости в твердом состоянии в 3d-металлах и их бинарных
сплавах // Современные проблемы физического материаловедения. ―
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2007. Вып. 40 43
К.: Ин-т пробл. материаловедения НАН Украины, 1997. ―
С. 143―188.
10. Изюмов Ю. А., Сыромятников В. Н. Фазовые переходы и симметрия
кристаллов. ― М.: Наука, 1984. ― 245 с.
11. Грищишина Л. Н. Микроскопическая теория додиаграммного выбора
элементного состава нового материала на основе 3d-, 4d-, 5d-метал-
лов // Современные проблемы физического материаловедения. ― К.:
Ин-т пробл. материаловедения НАН Украины, 1999. ― Ч. 1. ―
С. 76―91.
12. Грищишина Л. Н., Трефилов В. И. Метод додиаграммного экспресс-
прогнозирования относительного влияния примесных и малолеги-
рующих элементов // Там же. ― К.: Ин-т пробл. материаловедения
НАН Украины, 2002. ― С. 107―140.
13. Грищишина Л. Н., Трефилов В. И. Критерий Вестгрена-Фрагмена и
факторы, определяющие способность примесей к изоморфному
взаимозамещению компонента по подрешетке структуры // Элек-
тронное строение и свойства тугоплавких соединений, сплавов и
металлов. ― К.: Ин-т пробл. материаловедения НАН Украины,
2004. ― С. 28―69.
14. Грищишина Л. Н. Об энергетических предпосылках развития на
атомно-электронном подуровне твердого тела микромеханизма
самоорганизации межфазных структур срастания // Современные
проблемы физического материаловедения. ― К.: Ин-т пробл.
материаловедения НАН Украины, 2005. ― С. 47―56.
15. Грищишина Л. Н. К проблеме примесной инженерии: прогнозирова-
ние конкурентоспособности элементов-компенсантов // Там же. ―
2007. — Вып. 16. ― С. 135―147.
16. Weiss R. I., Mazzone G. The electronic structure of the 3d-transition metals
// J. Appl. Cryst. ― 1981. ― 14. ― P. 401―416.
17. Физический энциклопедический словарь. ― М.: Сов. энциклопедия,
1984. ― 834 с.
18. Грищишина Л. Н., Лисенко А. А., Трефилов В. И. Комплексное
исследование влияния изоморфизма и электронной структуры
компонентов сплавов d-металлов на формирование их свойств. ― К.,
1999. ― 67 с. (Препр. / НАН Украины Ин-т пробл. материало-
ведения: № 4).
Поступила 12.12.07
Bagljuk G. A., Grishchishyna L. N., Pjatachuk S. G.
Application of the local cohesion parameters for interpretation of a
material science effects into powder materials
This paper dealt with of application of the boron local cohesion parameters
(PLC) for iron powder materials with the solid-phase dopants B4C. The PLC
were calculated by EPI QTAIS-approach and they may be to interpretation of
material science effects into a GSPh-materials.
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2007. Вып. 40 44
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Иерархия развития процессов при введении твердофазных добавок
Твердофазное легирование
Присадка В4С Примеси Дефекты
Ближний порядок Дальний порядок
Нестехио-
образования
Структура срастания
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Пояснения к теории атомно-изоморфных взаимозамещений
Феномен атомного и кристаллического изоморфизмов, как проявления
полного подобия строения веществ, внешней огранки кристаллов,
обеспечивающих органичное совмещение (замещение в решетке) разных
веществ, был открыт еще в 1819 г. немецким химиком Митчерлихом. На
атомном уровне развитие идеи продолжено Менделеевым, Лауэ, Брэггами,
Вернадским, Ферсманом, Даркеным и Гурри, Пирсоном, а также в трудах
многих отечественных ученых.
Понятийный аппарат и терминология современных публикаций
соответствуют таковым из трудов основателей теории атомного и
кристаллического изоморфизмов (см., например, [4, 7]) и их
предшественников. Достаточно обстоятельные обзоры и исторические
справки по данной проблеме содержатся и в наших работах (см. [9―13]).
В количественной теории атомно-изоморфного взаимозамещения
КТАИВ используется ряд основных принципов из теории твердого тела,
контролирующих энергетическую выгодность взаимодействия между
компонентами. К ним, прежде всего, относятся принцип химической
индифферентности и энергетической эквивалентности, а также
плотнейшей упаковки. Кроме того, принят также ряд критериев, задающих
доверительные интервалы отклонений от абсолютного совпадения в
размерных характеристиках атомов компонентов и, в частности, ±15%-ный
критерий Гольдшмидта для радиусов ∆R/R, ±13―14%-ный критерий
Юм―Розери для межатомных расстоянияй ∆Sмеж/Sмеж, как меры
Дислокации
на стопорах
химической природы
( д. х. п. КПЗ )
Промежуточные
фазы
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2007. Вып. 40 45
допустимого изменения потенциальной энергии взаимодействия частиц,
согласно подходу Борна―Оппенгеймера.
К роли размерного фактора компонентов
Известно, что превышение допустимых отклонений размеров примесных
атомов с неизбежностью влечет за собой искажения: локальную
поляризацию заряда в окрестности такого атома, создающего предпосылку
фазовых превращений; перегруппировку атомов и формирование
дефектной области [4, 8, 9].
Роль электронно-химического фактора (определение электроотри-
цательности En по Пирсону) как меры химического потенциала
Главной движущей силой при высокотемпературных процессах, помимо
градиентов концентрации, выступает разность химических потенциалов.
Это справедливо даже в случаях так называемой восходящей диффузии
(диффузия в гору), когда поток атомов определенного сорта мигрирует из
области, где таких атомов малое количество, в область с повышенным их
содержанием. Восходящая диффузия, как известно, лучше идет в поле
неоднородной упругости, где есть элементы с разной сжимае-
мостью [4, 17].
|