Научные открытия России
Государственный реестр открытий СССР
 


ХИМИЯ, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Научные открытия в области металловедения.



Научное открытие "Явление обратимых изменений кристаллической структуры твердых растворов внедрения".

Формула открытия: "Экспериментально установлено неизвестное ранее явление обратимых изменений кристаллической структуры твердых растворов внедрения, обусловленное обратимыми переходами атомов внедрения из нормальных положений в кристаллической решетке в положения вблизи радиационных точечных дефектов, возникающих при облучении частицами высоких энергий твердых растворов внедрения, например, мартенсита углеродистых сталей".
Авторы: В. К. Крицкая, В. А. Ильина, А. В. Нархов.
Номер и дата приоритета: № 190 от 25 сентября 1969 г.


Описание открытия.
Кандидат физико-математических наук В. К. Крицкая, научные сотрудники В. А. Ильин, А. В. Нархов (Институт металловедения и физики металлов ЦНИИ черной металлургии), в течение ряда лет изучая влияние ядерных излучений на структуру и свойства металлов и сплавов, открыли явление обратимых изменений кристаллической структуры твердых растворов внедрения.

При исследовании закаленной углеродистой стали, облученной быстрыми нейтронами и электронами учеными было обнаружено неизвестное ранее явление обратимых изменений кристаллической структуры мартенситоосновной составляющей закаленной стали. Изменения протекали при комнатной и низкой температурах и носили совершенно необычный, не свойственный закаленной стали характер. Подобные явления не наблюдались ранее и возможность их возникновения не вытекала из существующих теоретических положений о фазовых превращениях и структуре мартенсита.

Во время исследований было обнаружено, что после облучения стали при комнатной температуре в сильной степени понизилось отношение осей тетрагональной решетки мартенсита. В необлученной закаленной стали это может произойти только после отпуска при температуре 100-150° или после сильной пластической деформации вследствие распада твердого раствора. Изменение кристаллической структуры в таком случае необратимо. Для восстановления исходной структуры необходима новая закалка – нагрев до высокой температуры и резкое охлаждение в воде.

Поведение облученного мартенсита было совершенно необычным. При комнатной температуре в нем протекали процессы восстановления тетрагональности, т. е. восстанавливалась структура закаленной стали. Дальнейшие исследования показали, что если облученный образец закаленной стали, в котором при комнатной температуре произошло частичное восстановление исходной структуры, охладить ниже комнатной температуры, например, в жидком азоте, то в нем вновь произойдут структурные изменения, подобные тем, какие наблюдаются при отпуске закаленной стали. Эти изменения происходят скачком и являются своеобразным фазовым переходом.

Методом рентгеноструктурного анализа и ядерного гамма-резонанса было установлено, что данное изменение кристаллической структуры не связано с изменением концентрации углерода в твердом растворе, а обусловлено обратимыми переходами атомов внедрения (углерода) из октаэдрических междоузлий к радиационным дефектам. Для таких переходов не требуется диффузии углерода на значительные расстояния - она совершается в пределах элементарной ячейки. Повышенная концентрация точечных дефектов, созданных облучением в кристаллической решетке мартенсита, стимулирует переходы атомов внедрения с одних позиций на другие, энергетически более выгодные при данных температурах. В справедливости такой трактовки убеждал эксперимент, показывающий, что следующий после охлаждения нагрев в жидком азоте при 20-70° вновь приводил к восстановлению структуры закаленной стали. При чередовании нагрева и охлаждения можно было наблюдать необычное явление – многократные изменения параметров кристаллической решетки мартенсита.

Эксперименты показали, что процессы обратимого перераспределения атомов углерода в решетке мартенсита сопровождаются обратимой релаксацией микронапряжений. Это важное следствие, вытекающее из обнаруженного явления, имеет большое значение для практического металловедения, в частности для одной из основных его проблем – проблемы хладноломкости: предложен новый способ снижения величины упругих деформаций в микрообластях, являющихся наиболее вероятными местами зарождения трещин. Способ управляемого изменения микронапряжений в сталях без изменения концентрации твердого раствора должен иметь большие преимущества перед обычным низкотемпературным отпуском, при котором, как известно, происходит частичный распад "мартенсита, а, следовательно, прочностные свойства стали снижаются.

Использование материалов, в которых осуществляются обратимые процессы перераспределения атомов внедрения, позволит увеличить сроки эксплуатации агрегатов, работающих в условиях облучения частицами высоких энергий и жесткими гамма-квантами. Обнаруженное явление открывает новые возможности для повышения стабильности конструкционных материалов без изменения их состава, для снижения эффекта хладноемкости и сохранения на длительное время высокой прочности закаленных сталей. Открытие создает основу для получения новых, неизвестных ранее состояний твердых растворов.




Главная
КОСМОС
ЗЕМЛЯ
ЧЕЛОВЕК, БИОЛОГИЯ
ФИЗИКА, РАДИОАКТИВНОСТЬ
ХИМИЯ, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
МЕХАНИКА, АВТОМАТИКА, ЭЛЕКТРОНИКА
МАТЕМАТИКА
Сайт создан в системе uCoz