Шиванюк В. М. Фізичні основи розробки водневостійких сплавів на основі заліза з ГЦК структурою

Дисертація присвячена створенню фізичних засад для розробки водневостійких сплавів на основі заліза з ГЦК ґраткою за допомогою легування, що базується на впливі атомів водню на електронну структуру сплавів. Показано, що розчинення водню і підвищення його концентрації підвищує густину станів на рівні Фермі, внаслідок чого очікується експериментально підтверджене збільшення концентрації вільних електронів, а отже, і посилення металічної компоненти міжатомного зв'язку в водневих атмосферах навколо дислокацій. В той же час, такий вплив водню корелює із зменшенням модуля зсуву модельних систем, що призводить до ефектів, які неодноразово зафіксовані за допомогою прямих методів дослідження, а саме: зростання загальної кількості дислокацій та підвищення їх рухливості, зменшення відстані між дислокаціями в їх скупченнях. Здійснено порівняльний аналіз впливу атомів втілення, водню, азоту та вуглецю, на електронну структуру, рухливість дислокацій та механічні властивості. Проведено теоретичні розрахунки із перших принципів щодо розташування атомів водню в ГЦК та ГЩП структурах заліза, шляхів їх дифузії та вплив на ці параметри легувальних елементів, нікелю та марганцю. Виконано комплексне дослідження впливу легувальних елементів на ГЦК-ГЩП фазове перетворення, на рухливість атомів водню, на зв'язок атомів водню з дислокаціями і на механічні властивості сплавів. Всупереч поширеним уявленням, встановлено, що ГЦК-ГЩП фазове перетворення не є причиною водневого окрихчення сплавів на основі заліза з ГЦК структурою, і навпаки, ГЩП фаза може сприяти підвищенню водневої стійкості, фізичною причиною чого є зменшення шляху ковзання дислокацій завдяки пластинами мартенситу і відповідне запобігання утворенню мікротріщин у вершині планарних скупчень дислокацій. Показано, що водень підвищує стабільність аустеніту в порівнянні деформаційним альфа-мартенситом і значно зменшує температуру рекристалізації метастабільної аустенітної нержавіючої сталі. Запропоновано механізм локалізації воднем пластичної деформації, заснований на підвищенні воднем концентрації термодинамічно рівноважних вакансій. На основі отриманих результатів сформульовані фізичні принципи легування аустенітних сталей для підвищення їх водневої стійкості.