Система водород - железо. Растворимость водорода в жидком железе, страница 7

Азу и Бастьен, изучавшие кинетику десорбции водорода из деформированной и недеформированной катоднонаводороженной стали, нашли, что выделение водорода из деформированных образцов протекает с большей скоростью, чем из недеформированных, и объяснили это перемещением протонов в процессе деформации.

Келер иДевис сообщили, что холодная обработка технически чистого железа (0,006% С и 0,008% О₂) не влияет на его способность к поглощению водорода. Они не обнаружили изменений проницаемости и абсорбционной способности образцов железа после того, как образцы были подвергнуты холодной прокатке с относительной вытяжкой до 90%. В то же время для образцов стали с содержанием 0,17 % С и 0,002 % О₂ при вытяжке, равной 60% и температуре 250⁰ С, было найдено увеличение способности к поглощению водорода в сто раз. При последующем отжиге абсорбционная способность железа резко снижалась.

В. А. Гольцов, П. В. Гельд и М. М. Штейнберг нашли, что пластическая деформация (внешний и фазовый наклеп) изменяет константы диффузии водорода в феррите, увеличивая энергию активации.

Выше отмечалось, что α -железо обладает значительно большей проницаемостью по отношению к водороду, чем γ-железо, fг6зато и значительно меньшей окклюзионной способностью; γ-железо, наоборот, растворяет значительно большие количества водорода, но соответственно гораздо менее проницаемо. Этот факт подтверждает правильность высказанного выше положения о том, что все виды взаимодействия водорода являются отдельными взаимосвязанными этапами одного общего процесса. И диффузия, и окклюзия водорода железом начинаются с поверхностной адсорбции, которая зависит от внешних условий и свойств силовых полей на поверхности металла. В результате адсорбции на поверхности создается определенная концентрация протонов водорода, обладающих большой подвижностью и проникающих в объем металла.

Поведение протонов внутри металла определяется уже силовыми полями, создаваемыми атомами кристаллической решетки железа. Fe- α и Fe- γ обладают различными типами решеток, и соответственно силовые поля, создаваемые металлическими атомами в каждом из этих случаев, различаются по своей интенсивности и характеру распределения. При малой интенсивности силового поля внутри кристаллической решетки протоны водорода не могут быть удержаны этим полем и основная масса их диффундирует сквозь решетку; при большой интенсивности, наоборот, основная часть протонов абсорбируется и удерживается электронными оболочками атомов железа, и лишь меньшая часть составляет диффузионный поток. Решетке γ -железа свойственны более высокий энергетический уровень и большая интенсивность силовых полей атомов железа, чем решетке α -железа, поэтому в γ -железе водород абсорбируется более интенсивно, а диффундирует слабее, чем в α -железе.

С этой точки зрения нет никакой необходимости привлекать для объяснения диффузии и окклюзии водорода различные геометрические факторы.

Присутствие в железе атомов любых других .элементов (как примесных, так и легирующих) неизбежно вносит изменения в «энергетическую структуру» кристалла, причем эти изменения могут носить отчетливо локальный характер в зависимости от распределения дополнительных атомов в основной структуре железа. Соответственно этим изменениям будет иным и поведение протонов водорода, т. е. будет изменяться окклюзионная способность металла, увеличиваться или уменьшаться проницаемость металла и растворимость в нем водорода.

Различные виды деформации и обработки, безусловно, оказывают влияние на ход диффузионных и окклюзионных процессов; но лишь в той степени, в которой данный вид деформации изменяет энергетическое состояние, решетки, характер ее силовых полей. Внутренние напряжения, возникающие в решетке при холодной обработке металла, характеризуют именно изменения энергетического состояния системы, и именно поэтому наличие напряжений должно сказываться на окклюзионной и диффузионной способности металла, облегчая окклюзионный процесс. Эксперименты показывают, что искажения кристаллической решетки и холодная деформация (наклеп) действительно увеличивают поглощение водорода сталью.