Вплив вуглецю на міжатомну взаємодію і термічне розширення ГЦК сплавів на основі залізо – нікель

-4,1

-5,9

-12,9

-14,0

-7,6

+7,8

-6,4

+6,3

36,0%Ni36,1%Ni-0,55%C

+0,1

+3,7

-3,5

-3,2

-6,7

+19,0

+18,2

-2,7

+18,9

Зменшення концентрації Ni від 36% до 30,3% збільшує всі пружні модулі і зменшує коефіцієнт Пуассона (табл. 5). Додавання 0,55% вуглецю в інварний сплав (Fe-36,1% Ni-0,55% C) викликає зменшення та на 3,2% і 6,7% відповідно (табл. 5). При легуванні вуглецем коефіцієнт Пуассона зріс від аномально низького значення 0,253 для сплаву Fe-36,0%Ni до 0,296-0,299 для сплаву Fe-36,1% Ni-0,55% C (на 18,2%), наближаючись до значення, властивого чистим металам.

У сплаві з меншим вмістом Ni (Fe-29,7% Ni-0,97% C), модулі Юнга та зсуву зменшились на 12,9% та 14% (табл. 6), а об'ємний модуль на 7,6% у порівнянні з бінарним сплавом Fe-30,3% Ni, наближаючись до значень , , для сплаву Fe-36,0% Ni. При легуванні вуглецем коефіцієнт Пуассона хоча і збільшився на 7,8% (табл. 5), але залишився аномально низьким 0,236.

Зміни швидкості ультразвуку та виникнення дефекту модулів , , при легуванні вуглецем інварних сплавів можуть бути пов'язані з його впливом на міжатомну взаємодію через вплив на магнітну структуру, що показано в розділі 4.

Отримані дані свідчать про те, що при легуванні вуглецем як сплаву з ~30% Ni, так і з ~36% Ni спостерігається зменшення значення , , та . Це означає, що вуглець зменшує взаємодію Me-Me в ГЦК Fe-Ni сплавах через підсилення магнітного внеску. На нашу думку, це відбувається завдяки відносній близькості температури вимірювань до температури Кюрі з боку нижчих температур. Саме завдяки послабленню жорсткості міжатомної взаємодії, (тобто зменшенню крутизни залежності останньої від міжатомної відстані) полегшується компенсація магнітострикційного походження теплового розширення сплаву при зміні температури нижче точки Кюрі, що зменшує температурний коефіцієнт лінійного розширення Fe-Ni-C сплавів до аномально низького значення [2] та викликає дефект модулів [5].

Висновки

1. Легування вуглецем в межах 0,55-0,61% інварного сплаву, який містить біля 36% Ni, підвищує температурний коефіцієнт термічного розширення при температурах нижчих за кімнатну і зменшує його при температурах вище 300 К, а також розширює температурний діапазон низького значення у порівнянні з бінарним сплавом Fe-36% Ni.

2. Дилатометричний аналіз показав, що вуглець та вуглець в комбінації з марганцем (0,8%) у сплаві, який містить біля 30% Ni, зменшує ТКЛР в інтервалі температур 110-380 K майже на порядок у порівнянні з ТКЛР сплавів Fe-Ni та Fe-Ni-Mn, які не містять вуглець, і наближає його до величини = (1,3-5,4) 10^-6 K^-1, а також розширює температурний діапазон з мінімальним значенням . Додаткове легування марганцем (0,4-0,8%) підвищує верхню границю низького значення ТКЛР на ~20 К.

3. Магнітометричні дослідження показали, що вуглець розширює температурний діапазон інварної аномалії в сплаві з 30% Ni в результаті підвищення температури Кюрі на 80-90 К та зниження мартенситної точки до температури нижчої за точку кипіння рідкого азоту.

4. Показано, що відпал Fe-Ni-C сплавів при 773 К збільшує величину ТКЛР і звужує температурний інтервал низького значення , що обумовлено зменшенням кількості вуглецю в твердому розчині в результаті графітизації і зміною магнітної структури.

5. Ультразвуковим методом показано, що зменшення концентрації Ni від 36% до 30,3% збільшує пружні модулі і зменшує коефіцієнт Пуассона. Легування вуглецем Fe-Ni сплавів впливає неоднозначно на зміну пружних модулів, яка залежить від концентрації Ni.

6. Оцінки пружних модулів та ефективної температури за ультразвуковими даними і мессбауерівські вимірювання інтенсивності спектру показали, що легування вуглецем послаблює жорсткість міжатомної взаємодії в інварних сплавах Fe-Ni (29,7 - 36%Ni) і не змінює її в складнолегованому аустеніті Fe-Cr-Mn-Ni-C.

7. Методами ядерного гама-резонансу і малокутового розсіяння нейтронів показано, що вуглець викликає формування магнітних неоднорідностей, середні розміри яких за даними аналізу кривих МКРН складають біля 200 Е (20 нм).

8. Створено низькотемпературний дилатометр для вимірювання інварних сплавів та комп'ютерні програми для автоматичного управління вимірюваннями та обробки експериментальних даних.

Основні роботи

1. Nadutov V.M., Svystunov Ye.O., Efimova T.V., Gorbatov A.V. Hyperfine magnetic structure and magnetic properties of invar Fe-Ni-C alloys// Material Research in Atomic Scale by Mossbauer Spectroscopy, M. Mashlan, M. Miglierini and P. Schaaf (eds.), Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands, 2003, PP. 105-116.

2. Надутов В.М., Свистунов Є.О. Вплив С на термічне розширення ГЦК Fe-Ni сплавів. Металлофизика и новейшие технологии, 24, № 12, 2002, C. 1639-1649.

3. Nadutov V.M., Garamus V.M., Willumeit R., Svystunov Ye.O. Small-Angle Neuton Scattering in iron-based austenite. P II. The effect of carbon on SANS in fcc Fe-Ni alloys, Металлофизика и новейшие технологии, 24, № 5, 2002, PP. 717-725.

4. Nadutov V.M., Baldokhin Yu.V., Kolotirkin P.Ya., Svistunov E.A. Mцssbauer analysis of the hyperfine interactions in the fcc Fe-Cr-Mn-Ni-C(N) alloys, Materials Science Forum 2001, 373-376, PP. 717-720.

5. Надутов В.М., Запорожець О.І., Гордієнко Н.А., Свистунов Є.О. Вплив вуглецю на пружні властивості та магнітну структуру інварних Fe-Ni сплавів. Металлофизика и новейшие технологии, 25, № 4, 2003, C. 1001-1011.

6. Nadutov V.M., Garamus V.M., Willumeit R., Svystunov Ye.O. Small-Angle Neutron Scattering in F.C.C. Fe-Ni and Fe-Ni-C Alloys // Abstracts, the 8^th European Powder Diffrsction Conference (EPDI 8), 23-26 May 2002, Uppsala, Sweden, Uppsala Universiyty, 2002. 2B P-34, P. 116.

7. Nadutov V.M., Svystunov Ye.O., Efimova T.V., Gorbatov A.V. Hyperfine magnetic structure and magnetic properties of Invar Fe-Ni-C alloys // Abstracts, the NATO Advanced Research Workshop “Materials Research in Atomic Scale by Mцssbauer Spectroscopy”, MSMS, Smolenice, Slovakia (June 1-7 2002), K2.2, P. 17.

8. Nadutov V.M., Svystunov Ye.O., Efimova T.V., Tatarenko V.A., Kolotovs'ka V.L. The effect of C on hyperfine magnetic interaction and magnetic properties of invar Fe-Ni-C alloys // International conference “Functional Materials” ICFM - 2003. - Abstract. - Ukraine, Crimea, Partenit (October 6 - 11), - 2003, P. 189.

9. Nadutov V.M., Svystunov Ye.O., Potapenko O.V. The effect of carbon on thermal expansion of invar Fe-Ni alloys // International conference “Functional Materials” ICFM - 2003. - Abstract. - Ukraine, Crimea, Partenit (October 6 - 11), - 2003, P. 190.

10. Nadutov V.M., Zaporozhets O.I., Dordienko N., Svystunov Ye.O. The effect of carbon on the ultrasonic velocity and elastic properties of invar Fe-Ni alloys // International conference “Functional Materials” ICFM - 2003. - Abstracts. - Ukraine, Crimea, Partenit (October 6 - 11), - 2003, P. 191.

Размещено на Allbest.ru