Ещё раз о природе образования мартенсита в железе и сталях

И. Н. Лаптев, А. А. Пархоменко

Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» НАН Украины, ул. Академическая, 1, 61108 Харьков, Украина

Получена: 24.07.2020. Скачать: PDF

С позиций метода фазовых диаграмм мартенситных превращений (ФДМП) выполнен анализ литературных данных, полученных экспериментально и теоретически при изучении мартенситных превращений в углеродистых сталях, начиная с 20-х годов прошлого столетия и заканчивая современными работами. В соответствии с ФДМП, нельзя рассматривать полиморфные фазовые превращения (в том числе и мартенситные) без учёта участия в них вакансий. Именно вакансии являются связующим звеном, которое объединяет в единое целое объём, деформации и напряжения. Сопоставление известных данных об изменениях параметров кристаллических решёток аустенита, феррита и мартенсита позволило сделать вывод о том, что при образовании мартенситного кристалла углерод просто смещается во всех ячейках вдоль ребра, благоприятно ориентированного относительно действующего градиента закалочных напряжений. При этом тетрагональность мартенсита в углеродистых сталях определяет не углерод, а комплексы «вакансия-углерод», возникающие в результате, например, закалки. Предложена схема определения волн концентрационных неоднородностей в углеродистых сталях. Построены зависимости $\Delta T = M_s - M_f$ от концентрации углерода в виде гауссовых кривых. На основе этих построений показано, что в мартенсите не может содержаться углерода более 1% вес. Метод ФДМП позволяет разделить процесс образования мартенсита на два этапа. Первый этап — образование упругого «аустенитного» мартенсита ($\gamma^{'}$-фаза) сдвигом в процессе охлаждения. Деформация кристалла осуществляется до тех пор, пока $\gamma^{'}$-фаза остаётся устойчивой. Второй этап — потеря устойчивости, обособление кристалла и превращение его в «ферритный» ($\alpha^{'}$-фаза) мартенсит. Второй этап — квантово-механическое явление, так как процесс обусловлен изменением межатомных связей. Процесс протекает мгновенно, чистым сдвигом и при неизменной температуре.

Ключевые слова: кристаллическая структура, фазовые превращения, мартенсит, углеродистая сталь, тетрагональность, вакансии, напряжения.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v42/i11/1583.html

PACS: 61.50.Ks, 61.66.Dk, 61.72.Bb, 61.72.Dd, 61.72.S-, 81.30.Kf


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. С. С. Штейнберг, ЖТФ, 5, № 2: 362 (1935).
  2. А. П. Гуляев, Металловедение (Москва: Оборонгиз: 1963).
  3. С. П. Ошкадеров, УФМ, 12, № 2: 269 (2011). Crossref
  4. А. Г. Хачатурян, Теория фазовых превращений и структура твёрдых растворов (Москва: Наука: 1974).
  5. Ю. Н. Коваль, В. А. Лободюк, Деформационные и релаксационные явления при превращениях мартенситного типа (Киев: Наукова думка: 2010).
  6. Ю. Я. Мешков, Труды международной конференции «Современные проблемы физики металлов и металлических систем» (Киев: ИМФ им. Г. В. Курдюмова: 2016).
  7. Э. Э. Каминский, М. Д. Перкас, Сборник ЦНИИЧМ «Проблемы металловедения и физики металлов» (Москва: Металлургия: 1949), с. 211.
  8. М. П. Арбузов, Сборник научных работ лаборатории металлофизики АН УССР «Вопросы физики металлов и металловедения», № 6 (Киев: Изд-во АН УССР: 1955).
  9. Г. В. Курдюмов, Явления закалки и отпуска стали (Москва: Металлургия: 1960).
  10. Г. В. Курдюмов, Л. М. Утевский, Р. И. Энтин, Превращения в железе и стали (Москва: Наука: 1977).
  11. Г. В. Курдюмов, Л. И. Лысак, ЖТФ, 19: 525 (1949).
  12. В. А. Лободюк, Ю. Я. Мешков, Металлофиз. новейшие технол., 39, № 9: 1281 (2017). Crossref
  13. И. Н. Лаптев, А. А. Пархоменко, East European Journal of Physics, 4, № 3: 92 (2017).
  14. О. П. Морозов, Д. А. Мирзаев, М. М. Штейберг, ФММ, 32, № 6: 1290(1971).
  15. А.Дамаск, Дж. Динс, Точечные дефекты в металлах (Москва: Мир: 1966).
  16. N. Ya. Rokhmanov, I. N. Laptev, I. P. Onishenko, and O. O. Parkhomenko, Functional Materials, 13, No. 2: 255 (2006).
  17. В. А. Лободюк, Ю. Я. Мешков, Металлофиз. новейшие технол., 42, № 1: 123 (2020). Crossref
  18. G. V. Kurdyumov and A. G. Khachaturyan, Acta Metallurg., 23, Iss. 9: 1077 (1975). Crossref
  19. И. Н. Лаптев, А. А. Пархоменко, УФМ, 11, вып. 1: 19(2010). Crossref
  20. І. М. Лаптєв, О. О. Пархоменко, Вакансії, мартенситні перетворення і ресурс ядерних реакторів (Харків: ХНУ імені В. Н. Каразіна: 2018).