Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по физике
На правах рукописи
ПОЛЯНСКИЙ ВЛАДИМИР АНАТОЛЬЕВИЧ
УДК 539.381-386:620.19 ВЛИЯНИЕ ВОДОРОДА С РАЗЛИЧНЫМИ ЭНЕРГИЯМИ СВЯЗИ НА СТРУКТУРУ И ПРОЧНОСТЬ МАТЕРИАЛОВ Специальности :
01.02.04 - Механика деформируемого твердого тела 01.04.07 - Физика конденсированного состояния
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Санкт-Петербург - 2010
Работа выполнена в Учреждении Российской Академии наук Институт проблем машиноведения РАН (ИПМаш РАН).
Научный консультант - доктор физико-математических наук, Беляев Александр Константинович
Официальные оппоненты:
чл.-корр. РАН, доктор физико-математических наук, профессор Гольдштейн Роберт Вениаминович доктор технических наук, профессор Малышевский Виктор Андреевич доктор технических наук Абрамян Андрей Карэнович
Ведущая организация: ОАО "Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И.И. Ползунова" (НПО ЦКТИ)
Защита состоится л 24 июня 2010г. в 15 часов на заседании Диссертационного совета Д 002.075.Институт проблем машиноведения РАН по адресу:
199178, Санкт-Петербург, В.О., Большой пр., д.61. Актовый зал
С диссертацией можно познакомиться в Диссертационном совете Д 002.075.01 по адресу:
199178, Санкт-Петербург, В.О., Большой пр., д.61.
Автореферат разослан л _____ _______________ 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Дубаренко В.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Современная промышленность широко применяет новые материалы. Высоко легированные сплавы, полупроводники, монокристаллические, наноструктурные, аморфные, керамические и композитные материалы обладают, как правило, экстремальными свойствами. Например, высокой твердостью, износостойкостью, прочностью. Применение таких материалов позволяет существенно снизить вес, увеличить надежность конструкций и создавать новые конструкции, которые без этих материалов были бы невозможны.
Экстремальные свойства материалов делают их особенно чувствительными к влиянию небольших по концентрации составляющих. Одной из самых распространенных таких составляющих является водород. Современная техника и технология не возможны без учета влияния водорода на свойства материалов.
Эффектам, связанным с накоплением водорода и водородной хрупкостью металлов посвящено множество работ. Вместе с тем, водород естественным образом присутствует практически во всех металлических и не металлических материалах. В металлах он образуется в процессе плавки. Естественные концентрации водорода в металлах составляют, как правило, от 1 до 50 атомов водорода на 100000 атомов сплава. В этом случае до состояния водородной хрупкости леще далеко, влияние водорода на механические свойства не является определяющим, поэтому для получения чистого эффекта при исследованиях применяют искусственное насыщение материалов водородом. Такой подход может исказить реальные процессы накопления и переноса лестественного водорода под действием механических нагрузок, так как концентрации водорода после насыщения на порядки выше естественных. При таких больших концентрациях в сталях, например, наблюдаются специфические эффекты, никогда не возникающие под действием механических нагрузок (расслоение стенок газопроводов, образование флокенов, заполненных водородом, самопроизвольное растрескивание).
Учет совместного влияния механических нагрузок и естественных концентраций водорода на прочность, упругость, пластичность и структуру материалов позволит точно предсказать поведение, высокопрочных сталей и других новых материалов при применении их в реальных условиях комплексного воздействия термомеханических и коррозионных факторов, адекватно оценить срок эксплуатации и зоны критических механических напряжений.
Известные модели, учитывающие влияния малых концентраций водорода на механические свойства материалов, построены исходя из предположений о сегрегации водорода на дислокациях, краях микротрещин, границах микровключений и других дефектах структуры. В результате, для моделирования материала необходимо задать расположение в нем дефектов их форму и модель их развития. Это очень удобно для обсчета существующих экспериментальных данных, но оставляет много места для произвола при прогнозировании и расчетах на прочность. Что снижает практическое, инженерное значение таких моделей.
Для разработки новых модельных представлений нужны экспериментальные данные, но существует проблема чувствительности методов и оборудования для измерения содержания водорода. Наиболее чувствительные методы вакуум-экстракции водорода были разработаны в 40-х годах XX века, количество экстрагированного водорода измерялось по приращению давления в калиброванном объеме, а давление измерялось с помощью манометра Мак-Леода. В этом случае предел достоверного определения содержания водорода составлял около 0,1 [млн-1] (естественная концентрация водорода для алюминия, бериллия, кремния). Применение универсальных квадрупольных массспектрометров для выделения потока водорода из общего потока газов при вакуумэкстракции не привело к существенному снижению порога обнаружения концентраций водорода из-за их относительно низкой чувствительности. Мировые производители анализаторов водорода пошли по пути увеличения потока экстрагируемого водорода за счет увеличения массы и более быстрого прогрева образцов. В 80-е годы широкое распространение в промышленности получило оборудование фирм Shtrolyanen (ФРГ) и Leco (США), которое позволяло быстро выгнать водород из металла за счет СВЧ нагрева в атмосфере спектрально чистого газа-носителя и измерить его поток. Но это оборудование обладало чувствительностью еще меньшей, чем вакуумное оборудование. Поэтому требовалась увеличенная по сравнению с методом вакуум-экстракции навеска образцов.
До самого последнего времени, некоторые виды анализа, например, определение диффузно-подвижного водорода, производилось методом вакуум-нагрева при пониженной температуре нагревания образцов в результате многочасового эксперимента.
При низкой чувствительности анализаторов водорода экспериментальная информация о характере взаимодействия водорода с материалами добывается путем длительных и дорогостоящих экспериментов. Энергии связи водорода с материалами определяются либо при многократных измерениях зависимости скорости диффузии водорода от температуры образца, либо путем разделения на два уровня - низкая энергия, высокая энергия, либо с помощью различных физических методов, требующих специального насыщения исследуемых образцов водородом. Например, обширные исследования посвящены нейтронографии палладия, так как он может, не разрушаясь, удерживать значительные концентрации водорода. Нейтронография гидридов лития, титана, циркония позволяет определить расположение водорода в кристаллической решетке и оценить его энергию связи, но так же как и в наводороженном палладии, соотношение числа атомов водорода к атомам этих металлов в гидридах один к одному и выше.
Необходимо отметить, что применение нейтронографии, электронной микроскопии и других методов структурных исследований требует не только специального насыщения, но и специальной подготовки образцов (шлифовки, измельчения в порошок, лутонения), которые еще больше искажают естественную картину распределения водорода внутри материала. Длительность и дороговизна этих процедур не позволяют использовать их при технологическом контроле серийной продукции.
Еще одной проблемой при измерении малых естественных концентраций водорода является система эталонов для калибровки и поверки измерительной аппаратуры. Для большинства материалов в качестве метрологических эталонов используются стандартные образцы состава. Предполагается для каждого материала использовать при поверке и калибровке измерительного оборудования близкий по химическому составу стандартный образец. Для изготовления таких образцов требуется эталонная измерительная система.
При разработке новых материалов подготовить такие образцы трудно, поэтому данные различных лабораторий по результатам измерений содержания водорода в новых материалах могут существенно различаться.
Таким образом, проблема влияния естественных концентраций водорода на прочность и структуру материалов является комплексной, требует разработки теоретических моделей, экспериментальных методик и оборудования.
Цель работы - построить модель влияния небольших естественных концентраций водорода с различными энергиями связи на механические свойства материалов, создать научную и техническую базу для учета такого влияния при решении проблем технологии материалов.
В связи с этим, основные задачи диссертационной работы заключаются в следующем:
1. Получение новой экспериментальной информации о влиянии водорода с различными энергиями связи на механические свойства материалов.
2. Разработка методик определения энергий связи водорода в твердом теле на базе серийного промышленного анализа содержания водорода.
3. Разработка механических моделей, которые описывают влияние водорода на свойства материалов с учетом его энергий связи.
4. Разработка высокочувствительного прибора для определения содержания водорода в твердом теле.
5. Разработка новых подходов к калибровке оборудования.
Достоверность и обоснованность результатов подтверждена экспериментальными исследованиями, Государственными испытаниями и практикой внедрения результатов диссертации в промышленности. Разработанные теоретические модели влияния малых концентраций водорода на механические свойства материалов полностью адекватны экспериментальным данным, позволяют проводить их систематизацию, описание, прогнозировать свойства материалов и конструкций. Разработанное оборудование - Анализатор водорода АВ-1 и мера молекулярного потока водорода включены в Государственный реестр средств измерений России и в настоящий момент работают в заводских лабораториях при серийном входном и выходном контроле сырья и продукции.
Положения, выдвигаемые на защиту:
1. Разработана методика определения энергий связи водорода в твердом теле по результатам серийного промышленного анализа содержания водорода методом высокотемпературной вакуум-экстракции.
2. Экспериментально установлено перераспределение малых концентраций растворенного водорода по энергиям связи под действием термо-механических нагрузок.
3. Экспериментально установлено, что распад наноструктур в металлах сопровождается эмиссией растворенного водорода, который играет роль стабилизатора объектов наноразмерного масштаба.
4. Разработана реологическая модель материала, которая описывает влияние водорода на механические свойства с учетом изменения его энергий связи при термомеханическом нагружении.
5. Разработана методика инженерного расчета прочности конструкций, работающих в водородосодержащих средах.
6. Разработан, испытан и внедрен в промышленность высокочувствительный прибор для определения содержания водорода в твердом теле.
7. Разработан новый подход к калибровке анализаторов водорода, позволяющий обеспечить принцип единства средств измерения для различных материалов. Проведена разработка, испытания и сертификация нового эталона Мера молекулярного потока водорода в вакуум Научная новизна 1. Построена модель двух-континуальной сплошной среды, которая позволяет описать влияние малых концентрации водорода на механические свойства материалов. В отличие от известных подходов, эта модель построена на базе реологической модели сплошной среды, описывает установленное при экспериментальных исследованиях перераспределение водорода по энергиям связи, не использует представлений о дислокационном переносе водорода или сегрегации его на инородных дефектах. Это дает возможность без дополнительных предположений о характере дефектов материала использовать модель при инженерных расчетах и конструировать на ее базе конечные элементы и другие вычислительные методики.
2. Разработан метод разделения концентраций водорода по энергиям связи на основании экстракционных кривых, полученных при серийном анализе содержания водорода методом высокотемпературной вакуум-экстракции. Определение энергий связи и распределения водорода производится на основании модели трехмерной нестационарной диффузии и модели прогрева образца в вакуумном экстракторе.
3. В рамках разработанных модельных представлений о влиянии величины энергии связи естественных концентраций водорода на прочность материалов, экспериментально установлено, что под действием термомеханических нагрузок происходит не только объемное перераспределение естественных концентраций водорода, но и перераспределение его по энергетическим уровням. В частности для сталей и алюминиевых сплавов характерно уменьшение энергии связи водорода. Механические свойства количественно определяются распределением водорода по энергетическим уровням.
4. Достигнута максимальная чувствительность при анализе содержания водорода.
Впервые определено содержание водорода в образцах наноплатины массой 3 мкг, и образцах алюминиевых сплавов массой 65 мг.
5. Экспериментально установлена структурообразующая роль водорода в наноматериалах. Синтез многих наноструктур производится в водородной плазме и сопровождается накоплением водорода. Увеличение размеров структур в результате рекристаллизации сопровождается эмиссией водорода, которая может происходить во внешнюю среду (что безболезненно для материалов), а может приводить к образованию флокенов, пузырей, трещин и других несплошностей внутри материала.
6. Разработан новый метод калибровки средств измерений содержания водорода по стационарному потоку водорода. Разработан и испытан новый эталон для калибровки средств измерений Мера молекулярного потока водорода. В отличие от применяемых в национальной метрологической системе Государственных стандартных образцов этот эталон решает проблему нулевого образца и позволяет с применением одного эталона проводить измерения содержания водорода в пробе любой природы.
7. Экспериментально зафиксирована эмиссия водорода из микротрещин на поверхности образца. Это стало возможно благодаря высокой чувствительности разработанного анализатора водорода АВ-1. Результат проверен на микротрещинах искусственно созданных в монокристалле кремния.
Практическое значение Разработаны модели сплошной среды, которые позволяют применять метод конечных элементов и друге инженерные методики при расчетах на прочность конструкций с учетом взаимодействия материалов с растворенным водородом, его накопления и перераспределения по энергетическим уровням в процессе эксплуатации конструкций.
Это важно для современной техники, так как в связи с уменьшением материалоемкости применяются высокопрочные металлы и сплавы, в которых влияние водорода зависит от его энергии связи и начинает сказываться уже при концентрациях 1 атом водорода к млн. атомов материала.
Водород часто является основной причиной хрупкого разрушения при стресскоррозии газопроводов, нефтепроводов и нефтеналивных емкостей. Переход на новые материалы еще больше увеличит его влияние. Одновременно, используются оптимальные с точки зрения металлоемкости конструкции, проектирование которых без применения численного моделирования невозможно. В этих условиях роль точного расчета напряженно-деформированного состояния конструкций и учета влияния водорода возрастает.
Предложенные экспериментальные методики успешно применяются при разработке технологий обработки металлов, очистки поверхностей, напыления зеркал, нанесения покрытий.
Разработанное оборудование уже применяется на заводах для контроля содержания водород в металлах. Оно позволяет увеличить достоверность и точность анализа содержания водорода. Широкое внедрение этого оборудования для водородной диагностики и определения остаточного ресурса металлов позволит повысить безопасность эксплуатации металлоконструкций, трубопроводов, и других технических систем, избежать катастрофических аварий.
Апробация работы Материал диссертационной работы докладывался и обсуждался на:
1. Бюро Отделения энергетики, механики, машиностроения и процессов управления РАН 13 октября 2005г..
2. III Международной конференции посвященной памяти академика Г.В. Курдюмова, Фазовые превращения и прочность кристаллов Черноголовка, 20-24 сентября 2004 г.
3. I Международной школе Физическое материаловедение, Тольятти 22-ноября 2004г.
4. Российской конференции Физические проблемы водородной энергетики, СПб, 29-30 ноября 2004г.
5. Sixth International Congress on Thermal Stresses Vienna, Austria, May 206. IX международном семинаре л Российские технологии для индустрии.
Альтернативные источники энергии и проблемы энергосбережения, 30мая-01 июня 2005г., Санкт-Петербург.
7. V Международной конференции Аморфные и микрокристаллические полупроводники, 19-21 июня 2006г., Санкт-Петербург.
8. XVI Международной конференции Физика прочности и пластичности материалов, 26Ц29 июня 2006 г., Самара.
9. XXXIV Summer school-Conference УAdvanced Problems in MechanicsФ, June 25-July2006, St.-Petersburg, Russia 10. International (Russia-US) Workshop Mechanics of advanced materials (MAM 2006). St.-Petersburg, August 2-4, 2011. IX Всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике, Н.Новгород, 22-28 августа 2006г.
12. VII научно-технической конференции Компьютерное моделирование 2006, 2006г., Санкт-Петербург.
13. Третьей Российской конференции Физические проблемы Водородной Энергетики, 20-22 ноября 2006 г., Санкт-Петербург.
14. Третьей международной конференции и Третьей международной Школы молодых ученых и специалистов Взаимодействие изотопов водорода с конструкционными материалами(IHISM - 07), 02-07 июля 2007г., Санкт-Петербург.
15. International Workshop Hydrogen Embrittlement of Metals - HEM-08, Anushaktinagar, Mumbai, Feb.18-20, 2016. V Международной научной конференции "Прочность и разрушение материалов и конструкций" 12-14 марта 2008 г. Оренбург, Россия 17. 2nd Fatigue Symposium, Leoben, April 2018. Int. Conf., RELMASТ2008 Assessment of reliability of materials and structures:
problems and solutions St.-Petersburg, Russia, June 17-20, 2019. IV Евразийской научно-практической конференции Прочность неоднородных структур ПРОСТ 2008 Москва, 8-10 апреля 2008г.
20. VI Международной конференции Аморфные и микрокристаллические полупроводники 07-09 июня 2008г. Санкт-Петербург.
21. Fourth European Conference on Structural Control St.-Petersburg, Russia, September 8-12, 2008.
22. Десятом юбилейном международном форуме Высокие технологии XXI века, 21-24 апреля 2009г., Москва.
23. VII международной конференции Актуальные проблемы промышленной безопасности: от проектирования до страхования, 26-29 мая 2009г., Санкт-Петебург.
24. International (Russia-US) Conference Advances in materials science Praha, 29.0803.09.2009.
25. 26-th Danubia-Adria Symposium on Advances in Experimental Mechanics. September 23-26,2009, Leoben, Austria.
Публикации. Основные научные положения и результаты диссертации опубликованы в 39 работах.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 325 страницах, содержит 1рисунков, 25 таблиц, состоит из введения, 5 глав, выводов и 4 приложений.
Список использованной литературы включает 255 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении дана характеристика проблемы, обоснована ее актуальность и практическая значимость, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе диссертационной работы рассмотрены модели диффузии водорода в твердом теле и методы их идентификации. Показано, что мембранный и электролитический методы не учитывают возможности диффузии водорода одновременно по различным каналам и позволяют идентифицировать параметры ловушечной модели взаимодействия водорода с твердым телом, учитывающей только один канал диффузии.
Предложена многоканальная модель диффузии малых концентраций лестественного водорода, которая позволяет адекватно описать имеющиеся экспериментальные данные по диффузии водорода при высокотемпературной вакуумэкстракции водорода.
Уравнения нестационарной диффузии водорода в образце:
1 Ci, Ci = Di t Ci |S = 0 Ci |t =0 = C0i, i = 1,...,l, Ci где - концентрация водорода с i-той энергией связи в образце, ui Di = D0i exp(- ) - коэффициент диффузии водорода в металле, ui - энергия активации, kT k D0i - константа диффузии, - постоянная Больцмана, T- температура образца.
Уравнения прогрева образца в вакуумном экстракторе анализатора водорода АВ-для образцов из алюминия имеют вид:
dT S, = 7 10-5 (T + 64,3)(T04 - T ) dt C V где = 5,6687 10-8 Вт/м2К4- постоянная Стефана-Больцмана, S - площадь поверхности образца, T - температура образца, T0 - температура стенок аналитического C отростка экстрактора, -теплоемкость, - плотность, V - объем образца.
Совместное решение уравнений нагрева и диффузии позволяет получить для цилиндрического образца поток водорода при вакуум-экстракции:
a2 ui q(t) = 14,56 J1( ) l , C0i 1 1 2 l2 +1 D0i exp(- kT ) f1(t,ui, D0i ) i 1 f1(t,ui, D0i ) где - решения уравнения 2 ui f1 + D0i exp(- )( + ) f1 = kT l2 a2.
f1(0,ui, D0i ) = Полученная модель диффузии позволяет определить энергии связи водорода и константы диффузии на основании экстракционной кривой, которая получается при промышленном анализе содержания водорода по методу высокотемпературной вакуумэкстракции с помощью анализатора водорода АВ-1 и представляет собой зависимость потока водорода из образца от времени.
Построенная модель диффузии проверена экспериментально, на образцах из титанового сплава ПТ7М. По определенным при максимальной температуре экстракции энергиям связи, соответствующим концентрациям водорода и константам диффузии построена модель, описывающая диффузию, при более низких температурах экстракции.
Шесть образцов одинакового размера были загружены в экстракционную систему анализатора водорода АВ-1, разработанного в процессе исследований. Испытания каждого из образцов производились при различных температурах экстракции, начиная от 530оС и кончая 800оС. Каждый раз аналитический отросток экстракционной системы прогревался до температуры экстракции без образца, затем образец сбрасывался в прогретый аналитический отросток и измерялась экстракционная кривая. Каждый образец испытывался однократно. То есть, не всегда весь водород, содержащийся в нем, экстрагировался полностью. Результаты приведены на рис. 3.
Рис. 3. Экстракционные кривые образцов из сплава ПТ7М для разных температур экстракции (указаны сверху). Значения измеренных содержаний водорода подписаны снизу.
Результаты моделирования с использованием разработанной модели диффузии приведены на рис.4.
Рис. 4. Модельные экстракционные кривые для образцов титанового сплава ПТ7М для разных температур экстракции (указаны сверху).
Полученные данные говорят о хорошей грубости модели по отношению к неучтенным факторам диффузии малых концентраций водорода при высокотемпературной экстракции.
Полученная модель диффузии адекватно описывает диффузию водорода из тонких слоев материала.
Необходимо отметить, что часто применяемые методы исследования проницаемости тонких мембран не позволяют оценить константы диффузии с сильно различающимися энергиями связи. В этом случае практически весь водород диффундирует по каналу с наименьшей энергией связи. Этот факт, вероятно, является причиной доминирования в литературе одноканальной модели диффузии водорода.
Построенная модель применена к анализу обнаруженных экспериментально погрешностей работы анализатора водорода Leco RH402. В образцах алюминиевого сплава Д16 при повторном анализе обнаружено от 30 до 70% не экстрагированного водорода. На основании моделирования диффузии водорода из образца, которая происходит в этом анализаторе при СВЧ нагревании в потоке газа носителя, показано, что скорость диффузии водорода с большой энергией связи не достаточна для полного извлечения водорода за 200с. Образец быстро остывает после импульсного СВЧ прогрева, и поток водорода прекращается вследствие падения температуры, а не из-за полной экстракции водорода из образца.
На основании модели диффузии и проведенных экспериментальных исследований предложена методика определения дискретных термо-дифузионных спектров водорода.
Эти спектры позволяют исключить уравнение прогрева и определять энергию связи водорода вне зависимости от состояния поверхности и формы исследуемого образца.
Выводы по главе 1:
Построена модель многоканальной диффузии малых естественных концентраций водорода из образцов при вакуум-экстракции.
Предложен алгоритм определения энергий связи водорода, констант диффузии и распределения водорода по энергиям связи внутри материала.
Модель верифицирована на примерах исследования алюминиевых и титановых сплавов.
Обоснована методика измерения дискретных термодиффузионных спектров водорода (ДТДС).
Показано, что в случае определения содержания водород методом быстрого плавления в потоке газа-носителя удается экстрагировать только водород с низкой энергией связи, что может приводить к существенным ошибками при промышленном контроле отливок.
Во второй главе проведены экспериментальные исследования влияния водорода на механические свойства металлов, и изменений концентраций водорода и их распределения по энергиям связи после термомеханического нагружения материалов.
На основании обзора имеющихся результатов показано, что основная масса результатов получена при специальном насыщении материалов водородом. Такое насыщение меняет естественное распределение водорода по энергиям связи и существенно искажает его взаимодействие с материалом.
Обнаружено перераспределение водорода по энергиям связи, которое происходит при эксплуатации в трубках парогенератора из титанового сплава ПТ7М. Под действием термомеханических нагрузок происходит накопление водорода с энергией связи 1,4 эВ.
Концентрация водорода в зоне усталостных напряжений возрастает более чем 30 раз.
Обнаружено перераспределение водорода в процессе усталостного механического нагружения в алюминиевых сплавах. На линии усталостной трещины, которая сформировалась при циклическом изгибе пластинки толщиной 4мм, водород накапливается и происходит его перераспределение в сторону уменьшения энергии связи.
Это перераспределение фиксируется по экстракционным кривым, полученным при анализе содержания водорода по методу высокотемпературной вакуум-экстракции с помощью анализатора водорода АВ-1.
Пример экстракционных кривых для образцов на линии трещины и вырезанных на расстоянии 20 мм от нее показан на рис. 5. Хорошо видно, что площадь первого пика водорода, соответствующего наименьшей энергии связи, возрастает в четыре раза.
Рис. 5. Экспериментальная экстракционная кривая и ее аппроксимация для алюминиевомагниевого сплава АМг-5 в исходном, ненагруженном, состоянии (а) и после циклического нагружения до трещинообразования (б), образец вырезан на линии усталостной трещины Аналогичные изменения происходят при циклическом одноосном нагружении. При исследовании образцов с разным количеством циклов нагружения обнаружено внутреннее перераспределением водорода в шейке образца с увеличением концентраций в тонкой части шейки и уменьшением в соседних областях образца. Кроме того, происходит изменение формы экстракционной кривой, по которому (величина пиков на кривой) можно оценить количество циклов, приложенной к образцу нагрузки.
При исследовании разрушенных при механических испытаниях стальных образцов обнаружено, что в сталях под действием термомеханических нагрузок также происходит пространственное перераспределение водорода в зону растягивающих напряжений и изменение его энергии связи.
После разрушения образца (рис.6.) концентрации диффузно подвижного водорода пропорциональны степени пластической деформации материала. Распределение диффузно-подвижного водорода вдоль образца изображено на рис.7.
Рис. 6. Разрушившийся при продольном растяжении образец Ст3 со схемой нарезки образцов для испытаний.
Концентрация диффузно-подвижного водорода 1,1,1,0,0,5 0,0,Распределение вдоль по длине образца Рис. 7. Распределение диффузно-подвижного водорода в образце Ст3, разрушившемся при продольном растяжении. Слева - (образец 3) из зоны разрушения, справа - (образец 6), выточенный из недеформированного участка.
Аналогичные результаты получены для образцов из стали 35Г2.
[н.см3/100г] Изменение концентрации диффузионно-подвижного водорода в недеформированной части образцов в зависимости от температуры отпуска коррелирует с пластичностью материала и высотой пика АЭ.
Концентрация водорода в образцах, подвергавшихся деформации, значительно (в несколько раз) больше, чем в недеформированных. Состоянию металла с наименьшей пластичностью соответствуют наибольшие значения концентрации диффузно-подвижного водорода, величины пика акустической эмиссии.
Для циркония и титана, металлов, в которых возможно образование химических соединений водорода экспериментально установлено, что без термомеханических нагрузок основная масса водорода содержится в диффузно-подвижной форме. А интенсивное образование гидридов также связано с приложением термо-механических нагрузок.
Выводы по главе Обнаружено, что при термо-механическом нагружении металлов происходит перераспределение водорода внутри металла, как по объему металла, так и по энергетическим уровням. Это основное положение, выносимое на защиту.
Водород является индикатором практически всех видов разрушения. Его концентрация в зоне разрушения в несколько раз превосходит средние значения. Это позволяет разрабатывать алгоритмы и оборудование для водородной диагностики механического состояния конструкционных материалов, что особенно актуально в строительстве, энергетике, авиации нефтегазовой и атомной промышленности.
Экспериментально обнаружена связь концентраций водорода с низкой энергией связи с пластичностью и пределом текучести сталей.
Обнаруженная экспериментально корреляция между механическими свойствами, параметрами акустической эмиссии при растяжении образцов и структурой связей водорода внутри материала позволяет прогнозировать сопротивление материалов разрушению и проектировать новые материалы стойкие к диффузии водорода и разрушению.
В третьей главе на базе полученных экспериментальных данных, с учетом закона Горского построена двухконтинуальная модель сплошной среды, содержащей водород.
Проведен анализ имеющихся моделей взаимодействия водорода с материалами и показано, что эти модели учитывают, в основном изменение трещинностойкости материалов при насыщении водородом. Это не дает возможности учитывать влияние водорода без предварительного задания модели развития трещин. В новых конструкциях, где траектория развития трещин и место их зарождения заранее не известны, расчеты напряженно-деформированного состояния несут в себе значительный элемент произвола.
Только при высоких температурах состоятелен известный подход, при котором при расчетах поля напряжений учитывается давление водорода. Литературные данные свидетельствуют о том, что возможно хрупкое разрушение материала, связанное с водородом, при котором вообще не образуются магистральные трещины. Имеющиеся модели, также не учитывают перераспределения водорода по энергиям связи и хорошо описывают случаи больших концентраций водорода.
Имеющиеся экспериментальные факты позволяют построить реологические модели материалов, содержащих небольшие концентрации водорода. На базе этих моделей могут быть разработаны инженерные методики, позволяющие выполнять расчет прочности и пластичности с учетом накопления водорода в процессе термо-механического нагружения материалов.
Идея двухконтинуальной модели заключается в том, что сильно связанный водород считается прикрепленным к матрице твердого тела (первый континуум). Диффузноподвижный водород перемещается внутри матрицы, взаимодействуя с ней (второй континуум). При наличии растягивающих напряжений он может переходить в связанное состояние.
Рассмотрение баланса массы частиц водорода позволяет получить систему уравнений для частиц водорода с различными энергиями связи. Она имеет вид:
+ NH j + + (v(1)NH ) = t mH j N + (v(2)N ) = t mH Массовый поток водорода j связан с концентрацией связанных и несвязанных частиц.
В силу малости концентраций положим эту зависимость линейной:
- + j = N - NH Уравнения динамики сплошной среды с учетом наличия связанного и подвижного водорода имеют вид:
v(1) = (1) + jv(1) + R t v(2) - p = (2) - jv(2) - R t Силы реакции при линейной постановке пропорциональны разности скоростей компонент среды R = A(v(2) - v(1) ).
С учетом разделения тензора напряжений на шаровую и девиаторную части, уравнения баланса импульса для обеих компонент среды имеют вид:
v(1) = (1) + jv(1) + R - S t.
v(2) - p = (2) - jv(2) - R t Эквивалентная жесткость элемента реологической модели материала может быть вычислена на основании простых соотношений + N N0 NH + = +, N = N0 + NH.
K K0 KH N Где - полное число частиц в элементарном объеме - число, частиц, N+ N соединенных неиспорченными связями -число частиц водорода, присоединенных к H кристаллической решетке монокристаллов металла.
Формула для модуля упругости материала, содержащего водород. Эффективный модуль упругости:
K K o H K = n0 K + n+ K H + N0 + NH + n0 = nH = n0 + nH = где,,, N N Определяющие уравнения для новой эквивалентной сплошной среды для шаровой части тензора напряжений имеют вид (1) = K, где - объемная деформация.
Девиаторную часть S примем в первом приближении линейно упругой.
В случае одноосного растяжения уравнение динамики подвижных частиц водорода имеет вид:
p v(2) - = (2) + J12v(2) + Rx t (2) (-) = = mH N H J12v(1) - реактивная сила, связанная с присоединением к частицам материала Здесь решетки подвижных практически безмассовых частиц водорода. R12 -внутренняя сила, определяющая реакцию взаимодействия между первой и второй компонентами сплошной N среды - число подвижных частиц водорода.
Полна система уравнений двухконтинуальной среды в этом случае имеет вид :
(1) v(1) = (1) + J12v(1) + R12, x t (1) (0) (+) (+) + = +, = mH NH, H H KoKH (1) =, n0KH + n+K+ N0 NH n0 =, n0 =, + + N0 + NH N0 + NH p v(2) - = (2) + J12v(2) + R21, x t (2) (-) = = mH N, H (-) 2 - p - p0 CH =mH N CH, H (0) (0) ( v(1)) + = 0, t x + + NH (NHv(1)) J+ =, t x mH - N (N v(1) ) J+ =, t x mH N mH R12 = -R21 = k (v(2) - v(1)), D( ) - + J12 = -J21 = N - NH.
Здесь по аналогии со сжимаемой жидкостью связь между давлением p и плотностью (-) подвижного водорода:
H (-) 2 - p - p0 CH =mH N CH.
H Модель течения водорода в межзеренных границах принимаем как модель обтекания зерен сжимаемой жидкостью, тогда реакции N mH R12 = -R21 = k (v(2) - v(1)), D( ) где - условный размер проходного сечения каналов диффузии водорода в D( ) зависимости от деформации k - коэффициент линеаризации квадратичной зависимости от скоростей В случае одномерного квазистационарного растяжения материала содержащего водород, кривая напряжения-деформации имеет вид, изображенный на рис.8.
(cr, cr) Рис. 8. Зависимость статических напряжений от статических деформаций с учетом изменения энергии связи водорода в процессе растяжения В большинстве конструкционных материалов на стадии излома характеристики (точка (cr, cr)) наступает хрупкое разрушение. Такое разрушение может происходить при незначительной общей средней концентрации водорода за счет диффузного перемещения его в зоны растягивающих деформаций.
Этот факт подтверждается экспериментально. При разрушении площадки водородной хрупкости в сталях наблюдаются при средних содержаниях водорода 0,2-0,[млн-1], что значительно ниже критических концентраций.
Соотношение источниковых членов и определяет долю водорода, который в статике может перейти в связанное состояние и критические точки на кривой напряжение - деформация.
На основании построенной реологической модели материала выполнен расчет на прочность фланцевого соединения газовой трубы (Фрагмент трубы с полями напряжений показан на рис.9) Рис.9. Напряжения во фланцевом соединении газовой трубы с ребром жесткости Не смотря на то, что начальные напряжения ниже предела текучести, в зоне растягивающих напряжений постепенно скапливается водород, что приводит к отрыву ребра жесткости (см. рис.10) Рис.10. Деформации во фланцевом соединении газовой трубы с ребром жесткости с учетом перераспределения водорода Выводы по главе 3.
Предложена реологическая модель с учетом наличия разных энергий связи у водорода. Получены уравнения двуконтинуальной сплошной среды, содержащей водород.
Производен анализ уравнений, получены решения в случае одноосного растяжения материала, которые сопоставлены с экспериментальными данными. На базе модели двухконтинуальной сплошной среды предложена инженерная методика для расчетов конструкций с учетом диффузии водорода и изменения его энергий связи.
Модель позволяет описать водородную хрупкость как неустойчивость упругих связей вследствие изменения энергии связи водорода под действием механических напряжений.
Модель позволяет объяснить структурные преобразования, происходящие при сверхплстическом течении наличием трех энергии связи водорода.
Решена задача о напряженно-деформированном состоянии фланцевого соединения газовой трубы высокого давления.
В четвертой главе проведены исследования взаимодействия водорода с наноматериалами. На основании анализа литературы установлено, что большинство известных результатов получено для наноматериалов специально разработанных для хранения водорода. Во всех остальных случаях, имеющиеся данные разрознены и существует метрологическая проблема (отсутствие эталонов для измерительного оборудования). В результате, данные различных лабораторий по измерениям содержания водорода различаются в сотни раз.
Проведены измерения содержания водорода в целом ряде эталонов - Государственных стандартных образцов. Показано, что разброс в измеренных содержаниях водород может достигать двух раз в зависимости от химического состава материала, из которого изготовлены образцы. Это объясняется естественным объемным разбросом лигатур, с которыми может быть связан водород, например, лития и магния.
Так как обеспечить абсолютно однородный состав металла невозможно, то появляются и расхождения в содержании водорода.
Предложен новый подход к калибровке анализаторов водорода. Если до сих пор единственным эталоном были стандартные образцы химического состава, и при калибровке происходило сравнение интегралов от потока по времени, то предлагаемый подход позволят калибровать величину потока водорода. Во-первых, решается проблема нулевого образца, который необходим, но в старой системе его невозможно было изготовить. Во-вторых, соблюдается принцип единства средств измерений, пользуясь одним эталоном можно измерять содержание водорода в пробе любого химического состава (по существующим стандартам необходимо брать для калибровки близкий по составу к пробе стандартный образец). В-третьих, калибровка потока водорода позволяет непосредственно измерять малые потоки и дает возможность без предположений о динамике вакуумной откачки проводить анализ зависимости потока от времени, не только в интеграле, но и по мгновенным значениям.
Разработанный эталон Мера молекулярного потока водорода в вакуум прошел метрологические испытания и включен в состав анализатора водорода АВ-1. Результаты 20 измерений потока водорода в вакуум при нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре в лаборатории представлены в виде гистограммы на рис. 11.
Величина потока водорода [м3Па/с] Рис. 11. Гистограмма величины измеренного потока водорода в вакуум количество измерений E E EE,,,, С помощью анализатора водорода произведены исследования аморфных полупроводниковых наноматериалов на кремниевых подложках, нановолокон, наноалмазов на кремниевых подложках. Установлено, что наноматериалы, не предназначенные для хранения водорода, содержат его в аномально больших количествах. При таких содержаниях обычные материалы растрескиваются при минимальных внешних воздействиях. Произведена проверка на монокристаллах теллура, выращенных, так же как и многие наноматериалы в водородной плазме, содержания водорода в них составляли 0,2 [млн-1], следовательно, водород в наноструктурных материалах играет особую роль. Удаление водорода может привести к распаду наноструктур, следовательно, можно его рассматривать как стабилизатор наноразмеров.
Этот вывод выносится на защиту.
Исходя из сделанных предположений, распад наноструктурных элементов должен сопровождаться эмиссией избыточного водорода. Эта гипотеза нашла экспериментальное подтверждение при исследованиях образцов из нержавеющей стали после барокриодеформирования в жидком азоте. Установлено, что при таком воздействии образуются наноструктуры, увеличивающие прочность стали. С помощью анализатора водорода были измерены дискретные термодиффузионные спектры водорода в образцах с разной степенью пластической деформации. Установлено, что при температуре распада наноструктур 450оС-500оС наблюдается максимум эмиссии водорода на ДТДС (см. рис.12.) 0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,250 350 450 550 650 750 8Температура [оC] 0% 10% 16% 18% 23% 31% 33% 42% Рис. 12. Зависимость количества водорода, выделившегося из образов стали Х18Н10Т, в исходном состоянии и после БКД (степень БКД в процентах указана под графиками) от температуры экстракции (дискретный ТДС) -Содержание водорода, [0,89 млн ] Данная гипотеза подтверждается и на примере нанобериллия, где укрупнение зерна при нагреве приводит к эмиссии газообразного водорода. Аналогичные данные получены для ионно-обменных стекол, где образование наношариков металла происходит при насыщении стекол водородом при высокой температуре.
Таким образом, установлено, что водород является индикатором состояния наноструктур, а в некоторых случаях, сорбция водорода на поверхности нанокристаллов позволяет предотвратить их дальнейший рост и слияние в более крупный кристалл.
Исследованы образцы наноплатины. Показано, что у всех образцов различное содержание водорода (также аномально большое) и различные экстракционные кривые, что совпадает с данными микроскопических исследований. То есть, водородная диагностика дает возможность оценивать средние параметры наноструктурных элементов, что позволяет ей стать одной из основных методик технологического контроля. С ее помощью можно достаточно быстро оценить состояние ансамблей, содержащих 10частиц, что недоступно микро методикам технологического контроля (электронной микроскопии, микротомографии и т.д.).
Выводы по главе 4:
Предложен и испытан новый метод калибровки анализатора водорода по потоковому эталону. На базе анализатора водорода АВ-1 и эталона создан метрологический комплекс для измерения содержания водорода в твердой пробе практически любого состава.
Разработаны методики измерения концентраций водорода и оценки их энергий связи в образцах наноструктур массой менее 10 мкгр.
Обнаружена связь между концентрацией водорода и структурным состоянием материала. Сделан вывод о положительном влиянии водорода на устойчивость наноструктур. Этот вывод выносится на защиту.
Предложена методика контроля качества наноструктур по экстракционным кривым водорода.
Обнаружено, что разрушение наноструктур сопровождается перераспределением водорода внутри материала.
Проведены тестовые эксперименты, сделана оценка размеров микропор и наноструктурных ловушек по мелким пикам экстракционных кривых водорода.
В пятой главе диссертационной работы рассмотрены требования, которые предъявляются к анализу содержания водорода современной промышленностью и наукой.
Проведен анализ имеющихся методов определения содержания водорода, сделан вывод о том, что метод высокотемпературной вакуум-экстракции является наиболее точным и чувствительным. Рассмотрена задача об оптимальной конструкции массспектрометрического анализатора водорода, использующего метод вакуум-экстракции водорода при проведении анализа.
Рассмотрена конструкция масс-спектрометрического анализатора, выбраны оптимальные соотношения для: конфигурации вакуумной системы, конфигурации системы ионизации пучка и геометрии поля дрейфа ионов, входных и выходных щелей.
В частности показано, что концентрация водорода в камере анализа U0 1 + S0 U0 + S0 na = q(t) + + + pпр kT U0S0 U0S0 U2 q2(t) k T где - постоянная Больцмана, - абсолютная температура газа, - поток q(t) водорода из образца, q2 (t) - поток водорода из стенок и узлов камеры анализа, U2- проводимость вакуумной магистрали между узлом коммутации и камерой анализа, - Uпроводимость вакуумной магистрали между вакуумной откачкой и узлом коммутации, pпр S - объемная скорость вакуумной откачки, - предельное давление вакуумной откачки. Откуда, для наилучшего соотношения сигнал-шум необходимо обеспечить условия S0 < U0, S0 Рассмотрена задача об оптимальной геометрии фокусирующей системы магнитного масс-спектрометра, показано, что оптимальная разрешающая способность при максимальной чувствительности x RM = где x- расстояние между входной и выходной щелями, - ширина щелей, которая должна быть одинаковой. Конструкция масс-спектрометра, построенного на базе этих соотношений, защищена патентом РФ на полезную модель. Анализатор водорода АВ-1, сконструированный на базе оптимальных соотношений изображен на рис.13. Рис. 13. Анализатор водорода АВ-Проведена полная разработка и подготовка серийного производства анализатора. Анализатор прошел Государственные испытания, включен в Государственный реестр средств измерений России, выпускается серийно, работает на шести заводах России, самый первый образец эксплуатируется в круглосуточном режиме уже 9 лет. Приведены результаты испытаний, характеристики анализатора и протокол Каменск-Уральского металлургического завода об использовании анализатора. Основные выводы по главе 5: Разработан, испытан и внедрен в промышленность новый анализатор водорода в твердой пробе, позволяющий решать задачи исследования взаимодействия водорода с твердым телом и задачи технологического контроля в промышленности. Заключение В результате проведенных разработок, теоретических и экспериментальных исследований установлено, что малые концентрации водорода могут являться одной из причин разрушения материалов, даже если явных признаков водородной хрупкости не наблюдается. Изменение структуры, образование микродефектов, рост микротрещин связаны с перераспределением водорода, как по энергиям связи, так и в объеме материала. Разработано, необходимое для исследований малых концентраций оборудование, предложена новая метрологическая база для измерения малых концентраций водорода, разработаны методы анализа экспериментальных экстракционных кривых водорода, на базе обширных экспериментальных исследований разработана модель двух континуальной сплошной среды, позволяющая учитывать влияние малых концентраций второй компоненты и ее перераспределение по энергиям связи в свойствах среды. На базе этой модели разработана инженерная методика расчетов на прочность конструкций с учетом перераспределения водорода под действием термомеханических нагрузок. Разработанное оборудование внедрено в промышленность. Основные результаты диссертации: Разработана методика определения энергий связи водорода в твердом теле по результатам промышленного анализа содержания водорода по методу высокотемпературной вакуум-экстракции водорода. Экспериментально установлено перераспределение растворенного водорода по энергиям связи под действием термомеханических нагрузок. Экспериментально установлено, что распад наноструктур сопровождается эмиссией растворенного водорода. Разработана реологическая модель материала, которая описывают влияние водорода на механические свойства с учетом его энергий связи. Решена задача о квазистатическом растяжении материала, содержащего водород с различными энергиями связи. Разработана методика инженерного расчета прочности конструкций, работающих в водородосодержащих средах. Разработан, испытан и внедрен в промышленность высокочувствительный прибор для определения содержания водорода в твердом теле. Разработан новый подход к калибровке анализаторов водорода, позволяющий обеспечить принцип единства средств измерения для различных материалов. Проведена разработка испытания и сертификация нового эталона Мера молекулярного потока водорода в вакуум Основное содержание диссертации опубликовано в изданиях, рекомендованных ВАК России: 1. Полянский А. М., Полянский В. А., Попов-Дюмин Д. Б., Применение метода высокотемпературной вакуум-экстракции водорода из металлических образцов для определения плотности дефектов структуры и энергии связи водорода в металлах// ISJAEE.- 2005.- №01.- с.42-46. 2. Полянский А. М., Полянский В. А., Попов-Дюмин Д. Б. Использование анализатора АВ-1 для исследования динамики высокотемпературной вакуумной экстракции водорода из металлических образцов// Материаловедение.- 2005.- №5(98).- с.51-54. 3. Полянский А. М., Полянский В. А., Попов-Дюмин Д. Б., Характер диффузии водорода в некоторых металлах// ISJAEE.- 2005.- №05.- с.50-51. 4. Козлов Е. А., Полянский А. М., Полянский В. А., Попов-Дюмин Д. Б. Новый измерительный комплекс для абсолютного определения содержания водорода в материалах водородной энергетики// ISJAEE.- 2006.- №06 (38).- с.29-31. 5. Мерсон Д. Л., Полянский А. М., Полянский В. А., Черняева Е. В. Связь механических характеристик стали 35Г2 с содержанием водорода и параметрами акустической эмиссии // Заводская Лаборатория. Диагностика материалов.- 2008.- №2, т.74.-с.57-61. 6. Полянский А. М., Полянский В. А., Яковлев Ю. А., Исследование пpоцессов усталости и pазpушения металлических матеpиалов с пpивлечением метода опpеделения энеpгии связи водорода в твердом теле // Деформация и разрушение материалов.-2009.- №3.-с. 39-43. 7. Черняева Е.В., Полянский А.М., Полянский В.А., Хаймович П.А., Яковлев Ю.А., Мерсон Д.Л., ДЕстественныйУ водород и акустическая эмиссия в стали X18H10T после барокриодеформирования // Журнал технической физики. - 2010. - том 80, вып. 7. - с.143146. в прочих изданиях: 1. Полянский А. М., Полянский В. А., Попов-Дюмин Д. Б. Опыт использования анализатора АВ-1 для исследования динамики высокотемпературной вакуумной экстракции водорода из металлических образцов// Фазовые превращения и прочность кристаллов Сборник тезисов III Международной конференции посвященной памяти академика Г.В. Курдюмова (Черноголовка, 20-24 сентября, 2004).- Черноголовка, 2004.- с.185. 2. Полянский А. М., Полянский В. А., Попов-Дюмин Д. Б. Применение метода высокотемпературной вакуум-экстракции водорода из металлических образцов для определения плотности дефектов структуры и энергии связи водорода в металлах// Физическое материаловедение. I Международная школа. Сборник тезисов (Тольятти 2226 ноября, 2004).- Тольятти, 2004.-с.156. 3. Полянский А. М., Полянский В. А., Попов-Дюмин Д. Б. Способ абсолютных измерений содержания молекулярного водорода в твердой пробе// Физические проблемы водородной энергетики Программа и тезисы докладов Российской конференции (СПб, 2930 ноября, 2004).-С.-Петербург, 2004.-с.75-76. 4. Kozlov E. A., Polyanskiy A. M., Polyanskiy V. A., Popov-Diumin D.B. Diagnostics of mechanical condition of structural material by method of high-temperature hydrogen vacuumextraction// Proceedings of the Sixth International Congress on Thermal Stresses (Vienna, Austria, May 2005).- Vienna, 2005.-Vol.2.- p.589-592. 5. Полянский А. М., Полянский В. А., Попов-Дюмин Д. Б. Диагностика материалов водородной энергетики// Российские технологии для индустрии Альтернативные источники энергии и проблемы энергосбережения. Сборник тезисов IX международного семинара (СПб, 30мая-01 июня, 2005).- С.-Петербург, 2005.-с.37-38. 6. Полянский А. М., Полянский В. А., Теруков Е. И., Коньков О. И. Получение слоев аморфного кремния, кремния легированного 1%B и аморфного углерода н поверхности монокристаллического кремния; определение количества и энергии связи водорода в аморфных слоях// Аморфные и микрокристаллические полупроводники. Сборник трудов V Международной конференции.(Санкт-Петербург,19-21 июня, 2006). - С.-Петербург, 2006.- с.58-59. 7. Полянский А. М., Полянский В. А., Черняева Е. В. Влияние термообработки и степени деформации на концентрацию водорода в сталях// Физика прочности и пластичности материалов XVI Международная конференция. Самара, Самарский государственный технический университет, 26Ц9 июня 2006.- Самара: Самарский государственный технический университет, 2006.- с.127-129. 8. Полянский А. М., Полянский В. А. Исследование изменений энергии связи растворенного водорода при термо-механическом нагружении // XXXIV Summer school-Conference УAdvanced Problems in MechanicsФ(St.-Petersburg, Russia, June 25-July 2006).- St.-Petersburg, 2006.- p.69. 9. Polyanskiy A. M., Polyanskiy V. A., Popov-Diumin D. B. New equipment and procedure for absolute measurements of hydrogen distribution into the traps of different nature in solid probes аnd its applications//лMechanics of advanced materials (MAM 2006) International (Russia-US) Workshop. (St.-Petersburg August 2-4, 2006).- St.-Petersburg, 2006.- p. 10. 10. Полянский А. М., Полянский В. А. Теоретические и экспериментальные исследования термомеханического состояния материалов, содержащих водород//лIX Всероссийский съезд по теоретической и прикладной механике (Н.Новгород, 22-августа, 2006).- Н.Новгород, 2006).-том. III.- с.175. 11. Полянский В. А., Суханов А. А. Компьютерное моделирование сложно нагруженных конструкций// Труды VII научно-технической конференции Компьютерное моделирование 2006. - С.-Петербург: Изд. СПбГПУ, 2006.- c.87-92. 12. Polyanskiy A. M., Polyanskiy V. A., Popov-Diumin D. B. Determination of Hydrogen Binding Energy in Various Materials by Means of Absolute Measurements of its Concentration in Solid Probe// Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials Editor: T. Nejat Veziroglu, S.Yu. Zaginaichenko, D.V. Schur, B. Baranowski, V.V. Skorokhod, A.P. Shpak, A. Kale.-SPRINGER SCIENCE + BUSINESS MEDIA B.V., 2006.- p.641-652. 13. Козлов Е. А., Полянский А.М., Полянский В.А. Конверсия заселенностей энергетических состояний водорода в конструкционных материалах при их термомеханическом нагружении и разрушении// Третья Российская конференция Физические проблемы Водородной Энергетики (Санкт-Петербург. ФТИ им. А.Ф.Иоффе.20-22 ноября, 2006.).-С.-Перетбург, 2006.- с.110-112. 14. Полянский В. А., Суханов А. А., Компьютерное приближение экстракционных кривых потока водорода// Компьютерное моделирование 2007. Труды международной научно-технической конференции. (С.-Петербург. 26-27 июня, 2007).-С.Петербург: издательство СПбГТУ, 2007.- с.120-126. 15. Полянский А. М., Полянский В. А., Яковлев Ю. А. Методы определения энергий связи водорода в твердом теле, реализованные на базе анализатора водорода АВ-1// IHISMТ07 Взаимодействие изотопов водорода с конструкционными материалами. Третья международная конференция и Третья международная школа молодых специалистов(г.С.Петербург, 02-07 июля, 2007).- Саров,2007.-с.342-244. 16. Полянский А. М., Полянский В. А., Яковлев Ю. А. Методы определения энергий связи водорода в твердом теле, реализованные на базе анализатора водорода АВ-1// Сборник докладов Третьей международной конференции и Третьей международной Школы молодых ученых и специалистов Взаимодействие изотопов водорода с конструкционными материалами (IHISM - 07) (г.С.-Петербург, 02-07 июля, 2007).- Саров,2007.- с.343-351. 17. Polyanskiy A. M., Polyanskiy V. A. Investigation of the process of material Fatigue using Hydrogen Analyzer AV-1//лHydrogen Embrittlement of Metals - HEM-08 International Workshop(Anushaktinagar, Mumbai, Febroury18-20, 2008).- Mumbai-400094, 2008.- p.34-35. 18. Merson D. L., Polyanskiy A. M., Polyanskiy V. A., Chernyaeva E.V. Investigation of the process of material Fatigue, Embrittlement and Destruction using Hydrogen Analyzer AV1//лHydrogen Embrittlement of Metals - HEM-08 Proceedings of International Workshop, (Anushaktinagar, Mumbai, Febroury18-20, 2008).- Mumbai-400094, 2008.-p.192-204. 19. Мерсон Д. Л., Полянский А. М., Полянский В. А., Черняева Е. В., Яковлев Ю. А. Влияние термообработки на концентрацию водорода и параметры акустической эмиссии в стали 20// V Международная научная конференция "Прочность и разрушение материалов и конструкций": Материалы конференции.(12-14 марта 2008, Оренбург, Россия) / Науч. ред. С.Н. Летута, Г.В. Клевцов.- Изд-во ГОУ ОГУ, 2008. - т.1. - с.292-298. 20. Пат. на полезную модель № 68778 РФ, МПК H01J49/00; H01J49/26. Магнитный масс-спектрометр. А.М.Полянский, В.А.Полянский. ООО Научно-производственный комплекс Электронный и Пучковые Технологии.- заявка №2007119593; Заявлена 21.05.07; Зарегистрирована 27.11.07. 21. Belyaev A. K., Polyanskiy A. M., Polyanskiy V. A. Investigations of the Process of Material Fatigue and Destruction by Analysing the Hydrogen Content // W. Eichlseder, 2nd Fatigue Symposium Leoben, Conference transcript (Leoben, April 2008).-Leoben, 2008.- p.243254.-ISBN 978-3-902544-0. 22. Polyanskiy A. M., Polyanskiy V. A., Yakovlev Y. A. Influence of the low hydrogen concentration to the fatigue and destruction process// RELMASТ2008 Assessment of reliability of materials and structures: problems and solutions Int. Conf., (St.-Petersburg, Russia, St.Petersburg State Polytechnic University, June 17-20, 2008).- St.-Petersburg, 2008.-Vol.1.- p.297-301. - ISBN 978-5-7422-1856-2. 23. Мерсон Д. Л., Полянский А. М., Полянский В. А., Черняева Е. В. Естественный водород и акустическая эмиссия в термообработанной стали 20// IV Евразийская научнопрактическая конференция Прочность неоднородных структур ПРОСТ 2008(Москва, МИСиС 8-10 апреля, 2008).-М., 2008.-с.182. 24. Полянский А. М., Полянский В. А., Яковлев Ю. А. Анализ водорода как индикатора не идеальности структур// Аморфные и микрокристаллические полупроводники. Сборник трудов VI Международной конференции (07-09 июня 2008. Санкт-Петербург).-С.-Петербург, 2008. - с.178-179. 25. Indetcev D. A., Polyanskiy A. M., Polyanskiy V. A., Yakovlev Y. A. Investigation of hydrogen indicators of the materials brittleness, fatigue and destruction// Proceedings of the Fourth European Conference on Structural Control (St.-Petersburg, Russia, September 8-12, 2008).- St.-Petersburg, 2008.-Vol.2., - p.613-621. 26. Полянский А. М., Полянский В. А., Яковлев Ю. А. Применение нового измерительного комплекса по определению содержания водорода и его распределения по энергиям связи к исследованию и контролю свойств наноматериалов, металлов и полупроводников // Высокие технологии - стратегия XXI века. Материалы десятого юбилейного международного форума Высокие технологии XXI века.(Москва, 21-апреля 2009).-М.,2009.- с.37-41. 27. Belyaev A. K., Polyanskiy A. M., Polyanskiy V. A., Yakovlev Y. A. The Determination of the Small Hydrogen Traps as Nucleus of Fatigue and Destruction// Advances in materials science editors: D. Kusnezov, O.N. Shubin.- Sandia National Laboratory, Albuqerqe, New Mexico, USA, 2009. - p. III-12, III-16.- ISBN 978-1-61584-923-9. 28. Belyaev A. K., Indetcev D. A., Polyanskiy V. A., Sukhanov A. A. Theoretical Model for the Hydrogen-Material Interaction as a Basis for Prediction of the Material Mechanical Properties// Advances in materials science editors: D. Kusnezov, O.N. Shubin.-Sandia National Laboratory, Albuqerqe, New Mexico, USA, 2009. - p. III-21 - III-25.-ISBN 978-1-61584-923-9. 29. Polyanskiy A. M., Polyanskiy V. A., Chernyaeva E. A., Yakovlev Y. A. Hydrogen diagnostics of microdefects and nanostructures in materials//26-th Danubia-Adria Symposium on Advances in Experimental Mechanics. (Montanuniversitat, Leoben, Austria, September 23-2009).- Leoben:Montanuniversitat, 2009.- p. 179. 30. Belyaev A. K., Indetcev D. A., Polyanskiy V. A., Sukhanov A. A. Multiscale models describing influence of small hydrogen concentrations on strength and other mechanical properties of materials//26-th Danubia-Adria Symposium on Advances in Experimental Mechanics. (Montanuniversitat, Leoben, Austria, September 23-26 2009).- Leoben:Montanuniversitat, 2009.- p. 11. 31. Полянский В. А. Водород как индикатор для диагностики хрупкого разрушения //Сборник докладов VII Международного форума по промышленной безопасности 26-мая, 2009. -Санкт-Петебург.- с.62-68. 32. Полянский В. А. Водородная составляющая // Технадзор.-2009.-№10(35).-с.32-33.