Електронна концепція водневої крихкості металів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 10 грудня 2014 р.)

Abstract

За допомогою розрахунків із перших принципів та експериментальних методик досліджено особливості впливу водню на фізико-механічні властивості матеріалів. Показано, що теорія підсиленої воднем локалізованої пластичності адекватно описує явище водневої крихкості металів. Однак її інтерпретація в рамках механіки суцільних середовищ переоцінює значення індукованого воднем екранування пружної взаємодії між дислокаціями, а також не враховує вплив водню на електронну структуру. З огляду на зазначені особливості, запропоновано електронну концепцію водневої крихкості, згідно з якою причиною індукованого воднем знеміцнення є його вплив на електронну структуру матеріалу і, як наслідок, пружні модулі. На основі електронної концепції розроблено практичні рекомендації для підвищення водневої стійкості аустенітних сталей.

При помощи расчетов из первых принципов и экспериментальных методик исследованы особенности влияния водорода на физико-механические свойства материалов. Показано, что теория усиленной водородом локализованной пластичности адекватно описывает явление водородной хрупкости металлов. Однако ее интерпретация в рамках механики сплошных сред переоценивает значение индуцированного водородом экранирования упругих взаимодействий между дислокациями, а также не учитывает влияния водорода на электронную структуру. Принимая во внимание указанные особенности, предложена электронная концепция водородной хрупкости, согласно которой причиной индуцированной водородом хрупкости является его влияние на электронную структуру материала и, как следствие, упругие модули. Основываясь на электронной концепции, разработаны практические рекомендации для повышения водородной стойкости аустенитных сталей.

Hydrogen effects on the physical and mechanical properties of materials are studied by means of first principles calculations and experimental methods. It is shown that hydrogen enhanced localized plasticity model adequately describes the phenomenon of hydrogen embrittlement of metals. Nevertheless its description within the framework of continuum mechanics overestimates the level of hydrogen induced shielding of elastic interactions between dislocations and also doesn’t take into account the hydrogen effect on the electron structure. Taking into account the peculiarities mentioned, the electron approach of hydrogen brittleness is developed, according to which the cause of hydrogen induced brittleness is its influence on the electron structure of materials and, as a consequence, on the elastic moduli. Based on the electron concept the practical recommendations for the increase of the resistance from hydrogen brittleness of austenitic steels are developed.