Анотація до роботи:

Свистунов Є.О. Вплив вуглецю на міжатомну взаємодію і термічне розширення ГЦК сплавів на основі Fe – Ni. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.13 – фізика металів. – Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, Київ, 2003.

Дисертацію присвячено дослідженню впливу вуглецю та марганцю на термічне розширення ГЦК Fe-Ni-C та Fe-Ni-Mn-C сплавів інварного класу та з’ясування природи цього впливу на основі аналізу даних вимірювань мессбауерівських спектрів, малокутового розсіяння нейтронів, пружних модулів, магнітної сприйнятливості та намагніченості насичення. Для вимірювань термічного розширення сплавів створено низькотемпературний дилатометр та комп’ютерні програми для автоматичного управління вимірюваннями та обробки експериментальних даних.

Встановлено, що в сплаві, який містить біля 30% Ni, вуглець, а також вуглець в комбінації з домішкою марганцю, зменшує 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 звичайного інвару Fe–36,0%, а також розширює температурний діапазон з мінімальним значенням в бік високих температур. На відміну від сплаву Fe-30%Ni, вплив вуглецю на термічне розширення сплаву Fe–36,0% Ni значно менше. Вивчено залежність величини від концентрації вуглецю в межах 0,97-1,5% і встановлено немонотонну її поведінку при температурах 110–500 К. Досліджено термічне розширення сплавів, які містять до 1% Mn, і показано, що Mn не погіршує інварні властивості сплаву Fe–Ni–Mn-С.

В роботі знайдено пружні модулі Fe-Ni, Fe-Ni-C, Fe-Cr-Mn-Ni-C сплавів, ефективну температуру та їх зміну в залежності від хімічного складу. На відміну від існуючих уявлень показано, що вуглець, зменшує міжатомну взаємодію в Fe-Ni-C сплавах, що обумовлює аномальну поведінку їх термічного розширення.

Проведений мессбауерівський аналіз і аналіз кривих малокутового розсіяння нейтронів свіжеутворених твердих розчинів та відпалених сплавів показав, що вуглець викликає формування неоднорідної магнітної структури, яка відповідає за аномальну поведінку магнітних властивостей та термічного розширення Fe–Ni-С та Fe–Ni–Mn-С сплавів. За даними малокутового розсіяння нейтронів оцінено середні розміри неоднорідностей, що не перевищують 20 нм. Показано, як змінюється розподіл надтонких магнітних полів в сплавах після різних термообробок. В роботі вперше оцінено ізомерні зсуви за розмитими спектрами Fe-Ni та Fe-Ni-C сплавів.

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 (20 нм).

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

Основні результати дисертації опубліковано у наступних роботах:

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. Mssbauer 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.

Тези доповідей, які представлено на наукових конференціях:

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 Mssbauer 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.