Явище водневого окрихчення конструкційних сталей на даний час інтенсивно досліджується як із теоретичної, так із експериментальної точки зору. Зокрема у праці [1] проведено аналіз існуючих концепцій щодо його причин виникнення та наведено моделі, які дозволяють проводити ефективне прогнозування рівня фізико-механічних характеристик наводнених сталей із застосуванням методів механіки деформівного середовища. Серед вихідних даних для такого роду розрахунків важливе значення має рівень пружних констант, який визначається напруженим станом кристалічної структури за рівноважних та нерівноважних умов. Серед відомих методів моделювання кристалічної структури для умов взаємодії сталей із водневмісними середовищами раціонально використовувати методи, які враховують проходження хімічних реакцій. До таких методів відноситься моделювання із використанням реакційноздатного потенціалу ReaxFF [2], інтегрованого у програмний пакет Amsterdam Modelling Suite (AMS), який дозволяє проводити оптимізацію геометрії із одночасним розрахунком тензора пружності. У даному дослідженні кристалічну структуру наводненого фериту моделювали у вигляді надгратки із 432 атомами Fe, а також 6 атомами C та 4 атомами H, які розміщували в октаедричних порожнинах, симетрично розташованих відносно центрального атома Fe. Результати розрахунку модулів пружності для даної структури, а також для чистого α-Fe та фериту наведено на рис. 1 та показують, хорошу відповідність між розрахованими та експериментальними даними [3]. Із розрахованих даних видно також, що за наявності розчиненого водню спостерігається підвищення значення усіх пружних констант типове для першої стадії наводнення низьколегованих сталей [1], відповідно запропонований метод оцінки властивостей може бути використаний для ширшого кола конструкційних матеріалів, що експлуатуються у водневовмісних середовищах.

Рис. 1. Значення модулів пружності для α-Fe та фериту різного формульного складу за результатами розрахунку та за даними [3]

Література:

1. Панасюк В. Концепція декогезивного впливу водню на метали // Фізико-Хімічна Механіка Матеріалів, no. 50, № 2, pp. 7–15, 2014.

2. van Duin A. C. T., Dasgupta S., Lorant F., Goddard W. A. ReaxFF: A Reactive Force Field for Hydrocarbons // J. Phys. Chem. A, vol. 105, no. 41, pp. 9396–9409, 2001, doi: 10.1021/jp004368u.

3. Wang Z., Shi X., Yang X.-S., Liu Z., Shi S.-Q., Ma X. The Effects of Hydrogen Distribution on the Elastic Properties and Hydrogen-Induced Hardening and Softening of α-Fe // Appl. Sci., vol. 10, no. 24,8958, 2020, doi: 10.3390/app10248958.