Дослідження впливу вуглецю і марганцю на магнітну структуру сплавів Fe-Ni
Дослідження впливу вуглецю і марганцю на магнітну структуру в Fe-Ni та Fe-Ni-С сплавів методами мессбауерівської спектроскопії та малокутового розсіяння нейтронів для розширення уявлень про магнітний внесок у інварний ефект. Сплави з вуглецем є ефективним чинником, щоб вплинути на магнітну структуру в Fe-Ni сплавах.
Для вивчення розподілу надтонких полів провели мессбауерівські вимірювання сплавів в геометрії пропускання, які містять біля 30% та 36% нікелю, а також вуглець. Обробку спектрів провели за допомогою модернізованого нами метода Віндоу. Додавання вуглецю в інварний сплав Fe–36,0% Ni не змінює загальну форму спектру, а також структуру p(H) розподілу. Розчинення вуглецю підвищило низьку та середньо польові компоненти і зменшило внесок високо польової.
Наша робота з обробки спектрів інварних сплавів модернізованим методом Віндоу має важливу перевагу перед іншими, яка полягає у можливості визначення ізомерних зсувів компонент спектру з різною величиною надтонкого поля [1]. Застосовуючи цю методику, ми отримали нову інформацію стосовно значень ізомерних зсувів в сплавах Fe-Ni-C, які дають розмиті ЯГР спектри. Встановлено, що при легуванні вуглецем s-електронна щільність на ядрах атомів заліза зменшується. Це означає, що атоми вуглецю займають позиції сусідні з атомами Fe в конфігураціях з низьким вмістом нікелю, оскільки нікель збільшує термодинамічну активність вуглецю в аустеніті.
|
|
|
Додавання вуглецю повністю змінює магнітне упорядкування в сплаві з 30% Ni у порівнянні з малою зміною в інварі Fe-36,0% Ni. При легуванні вуглецем (сплав Fe-29,7% Ni-0,97% C)внесок високопольових компонент збільшився в порівнянні зі сплавом Fe-30,3% Ni без вуглецю . Це відбулося через зміну ближнього атомного порядку в підсистемі заміщення. Зміна порядку призводить до локального перерозподілу електронного заряду між атомом Fe та доданою домішкою, що проявляється в зміні спінової та зарядової щільності на ядрах атомів Fe. При легуванні вуглецем ізомерні зсуви складових спектру з малими полями, які відповідають конфігураціям атомів заліза і вуглецю, збільшились. Збільшення ізомерного зсуву високопольових компонент викликано атомами нікелю та збільшенням їх кількості в найближчому оточенні атомів заліза за рахунок їх перерозподілу стимульованому вуглецем.
Для встановлення впливу марганцю на розподіл надтонких полів провели мессбауерівське дослідження сплаву Fe-30,2% Ni-0,8% Mn-1,15% C. Результат з оцінки ізомерних зсувів вказує на те, що марганець збільшує s - електронну щільність на ядрах заліза, зменшуючи приблизно у два рази д у порівнянні з таким же значенням для сплавів Fe-Ni-C, і таким чином частково компенсує вплив вуглецю.
|
|
|
Для того, щоб підтвердити, що вуглець спричиняє зміни в магнітній структурі, провели дослідження з малокутового розсіювання нейтронів [3]. Для цього вивчалися інварні сплави Fe-30,3% Ni та Fe-30,5% Ni-1,5% C. Розмір та форма неоднорідностей оцінили, користаючись оберненим Фур'є аналізом. МКРН спостерігається як у сплаві Fe-30,3% Ni так і в Fe-30,5% Ni-1,5% C, що вказує на існування неоднорідностей в аустеніті. Нахил кривої МКРН залежить від діапазону векторів розсіювання q і наявності вуглецю в сплаві. Для апроксимації кривих МУРН був застосований експоненціальний закон: 
, де A – фактор контрасту, а B – залишковий некогерентний фон. Моделювання кривих відповідно до цього закону, дозволило оцінити значення показника б у малому і великому векторі розсіювання q.
Два нахили на кривих МКРН, вказують на різну структуру неоднорідностей малого та великого розміру. Для Fe-30,3% Ni сплаву величина б для великого q вище, ніж для малого q, але зберігається меншим, чим 3. Це означає, що ми маємо деякі некомпактні неоднорідності з фрактальною структурою.
Добавка вуглецю в інвар веде до зміни інтенсивності розсіювання і відповідно до нахилу кривої МКРН у всьому інтервалі q. Число і структура неоднорідностей змінюється зі зміною кількості вуглецю.
|
|
|
Для малих векторів розсіювання q = 0,006-0,03 значення показника б = 3,9 ± 0,1. Це означає, що МКРН для малих значень q викликане від неоднорідностей великого розміру, що характеризуються гладкими поверхнями. Такими неоднорідностями можуть бути кластери атомів C та Ni великого розміру, у тому числі і магнітні неоднорідності, що підтверджують і мессбауерівські спектри .
Таким чином, з однієї сторони головний внесок у МКРН у Fe-Ni і Fe-Ni-C сплави є магнітний, а з іншої сторони це є неоднорідності, які описуються в терміні фрактальної структури.
Для того, щоб одержати відомості про розмір та форму неоднорідностей у сплавах, дані, в інтервалі з q більшим, ніж 0,01 Е-1, були проаналізовані, користаючись методом Оберненого Фур'є Перетворення (ОФП). МКРН від зразка, що містить вуглець, вказує на формування великих неоднорідностей. Аналіз методом ОФП показав, що радіус інерції збільшується від 146 Е (14,6 нм) до 214 Е (21,4 нм).
Для розширення уявлення про вплив вуглецю на формування магнітної структури і, як наслідок, інварних властивостей, дослідили вплив відпалу на фізичні характеристики.
На початку провели дослідження сплаву з вмістом нікелю 25,3% і легованим 0,78% вуглецю. Після відпалу при температурі 773 K виник перерозподіл атомів вуглецю. Це добре видно зі зменшення інтенсивності лінії дублету сплаву Fe-25,3% Ni-0,78% C на 12%. Для того, щоб показати, що вуглець викликає надтонку структуру, проаналізували спектри, отримані від зразка з більшим вмістом нікелю 29,7% і легованим 0,97% вуглецю після старіння при 773 K . Після старіння, коли має місце кластеризація і графітизація в Fe-Ni-C сплавах, p(H) функція звужується і внутрішнє магнітне поле зменшується. Форма p(H) розподілу стає подібною до бінарного Fe-30,3% Ni сплаву. Параметр гратки аустеніту сплаву Fe-29,7% Ni-0,97% С зменшився на 0,58% після відпалу при 773 K і досяг значення для бінарного сплаву з вмістом нікелю 30,3%. Утворення графіту в Fe-Ni-C сплаві після відпалу показано металографічним методом.
|
|
|
В спектрі сплаву Fe-30,2% Ni-0,8% Mn-1,15% C, після відпалу при 773 K, спостерігається тотожна тенденція, що і в сплаві легованому лише вуглецем і з близьким вмістом нікелю.
Таким чином, мессбауерівські дані та результати дослідження МКРН показали формування неоднорідної магнітної структури під впливом C, що корелює з даними дилатометричного аналізу термічного розширення сплаву Fe-Ni-C.
Дата добавления: 2019-09-02; просмотров: 157; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!