HAL Id: jpa-00221071
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Submitted on 1 Jan 1981
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BEHAVIOUR OF Fe-Ni-C ALLOY DOPED WITH
HYDROGEN IN THE γ PHASE
M. Carrard, C. Prioul, J. Plusquellec, P. Azou
To cite this version:
BEHAVIOUR OF Fe-Ni-C ALLOY DOPED WITH HYDROGEN IN THE
yPHASE
M. C a r r a r d , C. P r i o u l , J. P l u s q u e l l e c and P. Azou
Labomtoire HydrogSne e t Mat&riatfx,
Ecole
Centraze des Arts e t ManujFactures
92290 Ch2tenay-MaZabry, France
A b s t r a c t . - T h e p u r p o s e o f t h i u p a p e r i s t o c o m p a r e t h e i n t e r n a l f r i c t i o n b e h a v i o u r o f Fe-Ni-C h y d , o g e n a t e d s p e c i m e n s a n d o f h y d r o g e n f r e e s p e c i m e n s when r e h e a t i n g f r o m 77 t o 3 0 0 K t h e r e c e n t l y q u e n c h e d s t r u c t u r e . C a t h o d i c h y d r o g e n c h a r g i n g w a s d o n e i n t h e a u s t e n i t i c p h a s e a t h i g h t e m p e r a t u r e s w i t h a r e c e n t l y d e v e l o p e d m e t h o d u s i n g m o l t e n s a - t s . A new p e a k ( c a l l e d@
p e a k ) a p p e a r s a t a b o u t 1 5 0 K ( i n t h e 1 Hz f r e q u e n c y r a n g e ) i n h y d r o g e - n a t e d s p e c i m e n s . 1 . I n t r o d u c t i o n . - The i n f L u e n c e o f c a r b o n c o n t e n t a n d t i m e r e l a t e d p a - r a m e t e r s on t h e i n t e r n a l f r i c t i o n b e h a v i o u r ( b e t w e e n room t e m p e r a t u r e a n d 77K)
o f Fe-Ni-C a l l o y s w i t h s u b z e r o M s t e m p c i a t u r e h a s a l r e a d y b e e n s t u d i e d i n t h e 1 0 0 H z f r e q u e n c y r a n g e ( C a r r a r d a n d c o - w o r k e r s , 1 9 7 7 ) a n d i n t h e 1 H z f r e q u e n c y r a n g e ( P r i o u l a n d C a r r a r d , 1 9 7 9 ) . E v e n t h o u g h some a s p e c t s a r e s t i l l d i s c u s s e d ( P r i o u l a n d C a r r a r d , 1 9 8 1 ) t h e p h y s i - c a l i n t e r p r e t a t i o n of t h e i n t e r n a l f r i c t i o n b e h a v i o u r o b s e r v e d i n t h e ( 7 7 - 3 0 0 ) K t e m p e r a t u r e r a n g e c a n now b e c o n s i d e r e d a s w e l l 2 s t a b l i s h e d . From t h i s k n o w l e d g e we f o c u s s e d o u r a t t e n t i o n on t h e i n t e r n a l f r i c t i o n behaviour o f h y d r o g e n c h a r g e d Fe-Ni-C a l l o y s ( i n t h e y p h a s e ) , i n o r d e r t o h a v e a b e t t e r u n d e r s t a n d i n g o f t h e e f f e c t o f h y d r o g e n f r o m b o t h t e c h n i c a l a n d a c a d e m i c p o i n t s o f v i e w . I n t e r n a l f r i c t i o n b e h a v i o u r o f F e - N i a n d Fe-Ni-C a l l o y s d o p e d w i t h h y d r o p e n h a v e n e v e r b e e n s t u d i e d a s f a r a s we know. N e v e r t h e l e s s s e v e r a l p a p e r s h a v e b e e n p u b l i s h e d u s i n g o t h e r e x p e r i m e n t a l m e t h o d s . T h u s , f r o m room t e m p e r a t u r e e l e c t r o c h e m i c a l e x p e r i m e n t s B e c k a n d c o - w o r k e r s ( 1 9 7 1 ) h a v e d e t e r m i n e d t h a t t h e d i f f u s i o n c o e f f i c i e n t D f a l l s f r o m a b o u t 1 0 - ~ c r n ~ / s f o r p u r e i r o n t o a b o u t 1 0 - ~ ~ c m ~ / s f o r F e - 4 0 % N i ( i n w e i g h t ) . T h o s e v a l u e s r e s e ~ b l e c l o s e l y t h e r e s u l t s o f D r e s l e r a n d F r o h b e r g ( 1 9 7 3 ) f o r a F e - 3 0 % N i ( 5 . 1 0 - ~ c m ~ / s a t 58OC) a n d t h e v a l u e s g i v e n i n t h e l i t t e r a t u r e f o r N i ( C o m b e t t e a n d A z o u , 1 9 7 0 ) . The s o l u b i - l i t y c r i s e s b y a b o u t l o 3 b e t w e e n p u r e i r o n a n d F e - 4 0 % N i ( B e c k a n d c o - w o r k e r s , 1 9 7 1 ) , t h e n r e m a i n s c o n s t a n t up t o p u r e n i c k e l . B e t w e e n 0 a n d 3 0 - 4 0 % N i t h e d o m i n a n t f a c t o r w h i c h c o n t r o l s t h e v a l u e o f D a n d c i s t h e f a l l o f t h e m o l e f r a c t i o n o f t h e a ( b . c . c . ) p h a s e i n t h e a l l o y c o u n t e r b a l a n c e d by t h e r i s e o f t h e y ( f . c . c . ) p h a s e .C5-192 JOURNAL DE PHYSIQUE m o d u l u s a n o m a l y , r e v e r s i b i l i t y , f r e q u e n c y s h i f t ) . T h e s t r u c t u r a l s t a t e o f t h e s a m p l e ( h i g h d e n s i t y o f m o b i l e d i s l o c a t i o n s a n d p r e s e n c e o f h y d r o g e n ) a n d t h e t e m p e r a t u r e o f t h e a p e a k ( 1 5 0 K f o r a 1 . 4 Hz t e s t f r e q u e n c y ) l e a d u s t o p r o p o s e t h a t t h e m e c h a n i s m a t t h e o r i g i n o f t h e @ p e a k c o u l d b e a h y d r o g e n - d i s l o c a t i o n i n t e r a c t i o n i n t h e a ' p h a s e . E x p e r i m e n t s a r e c u r r e n t l y b e i n g m a d e a t h i g h e r f r e q u e n c i e s i n o r d e r t o i d e n t i f y t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e o b s e r v e d
@
p e a k . N e v e r t h e l e s s a q u a n t i t a t i v e a n a l y s i s o f t h e p h e n o m e n o n m u s t b e c o n d u c t e d c a r e f u l y b e - c a u s e d i s l o c a t i o n s s e e m s t o b e a t t h e o r i g i n o f b o t h@)
p e a k ( t h i s p a p e r ) a n d b a c k g r o u n d n o i s e ( P r i o u l a n d C a r r a r d , l 9 8 1 ) . B o t h t h e e x p l a n a t i o n p u t f o r w a r d t o e x p l a i n t h e@
maximum i n a h y d r o g e n f r e e s a r ~ p l e ( P r i o u l a n d C a r r a r d , 1 9 8 1 ) a n d t h e s h i f t t o w a r d s l o w e r t e m p e r a t u r e s o f t h i s@
maximum d u e t o h y d r o g e n c h a r g i n g ( s e e F i g . 1 ) p o i n t t o a s e c o n d e f f e c t w i t h i n t h i s s t r u c t u r e , r e l a t e d t o t h e p r e s e n c e o f h y d r o g e n . T h i s p r e s e n c e o f h y d r o g e n s e e m s t o m o d i f y t h e i n t e r a c t i o n b e t w e e n c a r b o n a n d d i s l o c a t i o n s a n d t h u s i n c r e a s i n g t h e a p p a r e n t c a r b o n m o b i l i t y . 6 . C o n c l u s i o n . - R e s u l t s o b t a i n e d a f t e r h i g h t e m p e r a t u r e c a t h o d i c h y d r o - g e n c h a r g i n g i n m o l t e n s a l t s , o f y Fe-Ni-C s t r u c t u r e s h a v e s h o w n t h a t :-
t h i s h y d r o g e n c h a r g i n g m e t h o d i s a n a p p r o p r i a t e m e t h o d i n t h e c a s e o f y s t r u c t u r e s .-
t h e q u a n t i t y o f h y d r o g e n d e s o r b e d a f t e r q u e n c h i n g a t 77K i s l o w e r i n c o m p a r i s o n w i t h t h a t d e s o r b e d i n t h e y p h a s e ;-
h y d r o g e n i s r e s p o n s i b l e o f a n e w i n t e r n a l f r i c t i o n p e a k ( @ p e a k ) w h i c h a p p e a r s w h e n r e h e a t i n g t h e r e c e n t l y q u e n c h s t r u c t u r e . T h i s@
p e a k i s s i t u a t e d a t a b o u t 150K f o r a 1 . 4 H z t e s t f r e q u e n c y . T h e m a i n c h a r a c t e r i s t i c s o f t h i s p e a k i n d i c a t e t h a t i t i s p r o b a b l y a r e l a x a t i o n p e a k a s s o c i a t e d w i t h h y d r o g e n - d i s l o c a t i o n i n t e r a c t i o n ;-
h y d r o g e n s e e m s t o m o d i f y t h e i n t e r a c t i o n b e t w e e n c a r b o n a n d d i s l o c a - t i o n s i n t h e s e n s e o f a n a p p a r e n t i n c r e a s e i n c a r b o n m o b i l i t y . R e f e r e n c e s . Abdelhadi, A. (1976). T h e s i s P a r i s V 1 .Beck, P . , J.
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