NUCLEATION PROBLEMS OF THE MARTENSITIC TRANSFORMATION IN STEEL
Abstract
A review of papers on martensitic transformations is presented. To clarify the martensite nucleation mechanism in iron-carbon steels on the basis of the currently established understanding is the main purpose of the review. The martensitic transformation is one of the main types of phase transformations in the solid state which is observed in materials with different nature. Need for a thorough and comprehensive analysis of the structural states formed during steel quenching is determined by its scientific and applied relevance. The martensitic transformation models are presented and critically discussed. The transformation features inherent martensite nucleation in steel are marked. The specific model reconstructions of crystal lattices are shown. The energy barrierless martensite nucleation model is considered in the work. As follows from the analysis of the spatial configurations formed by the martensite plates, it is concluded that they are defined more by the general patterns of the crystal growth than by the interaction between the elastic fields of the colliding plates. It is noted that the generalization and projection of the obtained results on nonferrous and rather exotic model alloys for steel are incorrect. It is concluded that the mechanism of martensite nucleation in the iron-carbon steel is still not fully disclosed.
About the Authors
Victor Nikolayevich Pustovoyt
Don State Technical University.
Russian Federation
Russian Federation
Yury Vyacheslavovich Dolgachev
Don State Technical University.
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Kurdjumov, G. Über den Mechanismus der Stahlhärtung / G. Kurdjumov, G. Sachs // Zeitschrift für Physik. — 1930. — Bd. 64, h. 5/6. — S. 325—342.
2. Курдюмов, Г. В. Превращение в железе и стали / Г. В. Курдюмов, Л. М. Утевский, Р. И. Энтин. — Москва : Наука, 1977. — 236 с.
3. Курдюмов, Г. В. Явление закалки и отпуска стали / Г. В. Курдюмов. — Москва : Металлургиздат, 1960. — 64 с.
4. Курдюмов, Г. В. Бездиффузионные (мартенситные) превращения в сплавах / Г. В. Кур-дюмов // Журнал технической физики. — 1948. — Т. 18, № 8. — С. 999—1025.
5. Курдюмов, Г. В. К теории мартенситных превращений / Г. В. Курдюмов // Проблемы металловедения и физики металлов : сб. трудов. — Москва : Металлургиздат, 1952. — Вып. 3. — С. 9—44.
6. Курдюмов, Г. В. Превращение аустенита в мартенсит при низких температурах / Г. В. Курдюмов, О. П. Максимова // Проблемы металловедения и физики металлов : сб. трудов. — Москва : Металлургиздат, 1951. — Вып. 2. — С. 64.
7. Гуляев, А. П. Мартенситное превращение / А. П. Гуляев // Труды Научно-технического общества чёрной металлургии. — 1955. — Т. 3. — С. 57—72.
8. Гуляев, А. П. Исследование мартенситного превращения в стали / А. П. Гуляев, А. Н. Алфимов // Журнал технической физики. — 1955. — Т. 25, вып. 4. — С. 680—686.
9. Гуляев, А. П. Мартенситное превращение в железе / А. П. Гуляев, М. А. Гузовская // Металловедение и термическая обработка металлов. — 1977. — № 6. — С. 2—5.
10. Гуляев, А. П. Исследование мартенситного превращения в аустенитном порошке / А. П. Гуляев, В. Д. Зеленова // Физика металлов и металловедение. — 1958. — Т. 6, вып. 5. — С. 945—946.
11. Гуляев, А. П. Диаграмма объёмного состояния фаз в стали ШХ15 / А. П. Гуляев, Б. М. Зельбет // Физика металлов и металловедение. — 1958. — Т. 6, вып. 5. — С. 843—848.
12. Гуляев, А. П. О превращении аустенита в мартенсит при температурах ниже нуля. Ч. II / А. П. Гуляев, В. Г. Воробьёв // Журнал технической физики. — 1951. — Вып. 10. — С. 1164—1169.
13. Гуляев, А. П. Металлографическое исследование превращения аустенита в мартенсит / А. П. Гуляев, Е. В. Петунина. — Москва : Машгиз, 1952. — 92 с.
14. Гуляев, А. П. Исследование превращения аустенита в мартенсит при температурах, близких к абсолютному нулю / А. П. Гуляев, И. И. Лифанов // Труды Московского вечернего машиностроительного института. — 1955. — Вып. 2. — С. 139—144.
15. Гуляев, А. П. Термическая обработка стали / А. П. Гуляев. — Москва : Машиностроение, 1960. — 496 с.
16. Гуляев, А. П. Мартенситное превращение в стали / А. П. Гуляев // Металловедение и термическая обработка металлов. — 1959. — № 11. — С. 5—13.
17. Крапошин, В. С. Чем отличается мартенситное превращение от нормального? / В. С. Крапошин, А. Д. Сильченков // Металловедение и термическая обработка металлов. — 2008. — № 11 (641). — С. 28—36.
18. Bain, E. C. The nature of martensite / E. C. Bain // Transactions of the American Institute of Mining and Metallurgical Engineers. — 1924. — V. 70. — Pp. 25—46.
19. Wayman, C.-M. Introduction to Crystallography of Martensitic Transformation / C. M. Way¬man. — New York : MacMillan, 1964. — 168 p.
20. Архаров, В. И. Кристаллография закалённой стали / В. И. Архаров. — Москва : Металлургиздат, 1951. — 144 с.
21. Крапошин, В. С. Золотое сечение в структуре металлов / В. С. Крапошин // Металловедение и термическая обработка металлов. — 2005. — № 8. — С. 3—10.
22. Крапошин, В. С. Политопный топологический подход к описанию мартенситного превращения / В. С. Крапошин, А. Л. Талис, М. Н. Панкова // Металловедение и термическая обработка металлов. — 1999. — № 8. — С. 23—28.
23. Kraposhin, V. S. Structural realization of the polytope approach for the geometrical description of the transition of a quasicrystal into a crystalline phase / V. S. Kraposhin, A. L. Talis, J. M. Dubois // Journal of Physics: Condensed Matter. — 2002. — V. 14. — P. 8987—8996.
24. An application of a polytope (4D-polyhedron) concept for the description of polymorphic transition: iron martensite and solid oxygen / V. S. Kraposhin [et al.] // Journal de Physique IV Fran¬ce. — 2003. — V. 112. — P. 119—122.
25. Крапошин, В. С. Новый механизм растворения углерода в решётке аустенита при цементации стали и его поведение при мартенситном и перлитном превращениях аустенита [Электрон. ресурс] / В. С. Крапошин // Наука и образование : электронное научно-техническое издание. — 2011. — № 11. — Режим доступа : http://techno new.developer.stack.net/doc/262290.html (дата обращения: 23.12.12).
26. Панкова, М. Н. Трёхмерная модель заполнения пространства зерна мартенситными кристаллами при превращении аустенита / М. Н. Панкова, В. С. Крапошин // Металловедение и термическая обработка металлов. — 1999. — № 8. — С. 28—31.
27. Kraposhin, V. S. Description of polymorphic transformation of Ti and Zr in the framework of the algebraic geometry / V. S. Kraposhin, A. L. Talis, Y. J. Wang // Materials Science and Engineering. A. Structural Materials: Properties, Microstructure and Processing. — 2006. — V. 438—440. — P. 85—89.
28. Кристаллическое строение промежуточных структур в сплавах с эффектом запоминания формы как реализация конструкций алгебраической геометрии / В. С. Крапошин [и др.] // Металловедение и термическая обработка металлов. — 2007. — № 7. — С. 3—9.
29. Крапошин, В. С. Структура ω-фазы как проекция политопа {3, 4, 3} и промежуточная конфигурация при полиморфных превращениях в титане и цирконии / В. С. Крапошин, А. Л. Та¬лис, В. Т. Нгуен // Материаловедение. — 2007. — № 8. — С. 2—9.
30. Kraposhin, V. S. Axial (helical) substructures determined by the root lattice E8 as generaiting clusters of the condensed phases / V. S. Kraposhin, A. L. Talis, M. I. Samoylovitch // Journal of Non-Crystalline Solids. — 2007. — V. 353. — P. 3279—3284.
31. Крапошин, В. С. Возможности обобщённой кристаллографии: описание полиморфных превращений и новых дефектов в структуре алмаза / В. С. Крапошин, А. Л. Талис // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. — 2006. — № 2. — С. 45—53.
32. Слядников, Е. Е. Термодинамическая теория структурного превращения мартенситного типа / Е. Е. Слядников // Известия Томского политехнического университета. — 2006. — Т. 309, № 2. — С. 35—40.
33. Слядников, Е. Е. Предпереходное состояние и структурный переход в деформированном кристалле / Е. Е. Слядников // Физика твёрдого тела. — 2004. — Т. 46, № 6. — С. 1065—1071.
34. Слядников, Е. Е. Основное состояние в структурно неустойчивом кристалле / Е. Е. Слядников // Известия Томского политехнического университета. — 2005. — Т. 308, № 5. — С. 14—18.
35. Слядников, Е. Е. Гамильтониан структурно неустойчивого кристалла / Е. Е. Слядни¬ков // Известия Томского политехнического университета. — 2005. — Т. 308, № 6. — С. 13—17.
36. Пушин, В. Г. Предпереходные явления и мартенситные превращения / В. Г. Пушин, В. В. Кондратьев, В. Н. Хачин. — Екатеринбург : Уральское отделение РАН, 1998. — 367 с.
37. Малыгин, Г. А. Размытые мартенситные переходы и пластичность кристаллов с эффектом памяти формы / Г. А. Малыгин // Успехи физических наук. — 2001. — Т. 171, № 2. — С. 187—212.
38. Панин, В. Е. Структурные уровни деформации твёрдых тел / В. Е. Панин, В. А. Лихачёв, Ю. В. Гриняев. — Новосибирск : Наука, 1985. — 229 с.
39. Вонсовский, С. В. Сверхпроводимость переходных металлов, их сплавов и соединений / С. В. Вонсовский, Ю. А. Изюмов, Э. З. Курмаев. — Москва : Наука, 1977. — 383 с.
40. Упругие и акустические свойства ионных, керамических диэлектриков и высокотемпературных сверхпроводников / В. Н. Беломестных [и др.]. — Томск : STT, 2001. — 226 с.
41. Пустовойт, В. Н. Структурные и кинетические особенности мартенситного превращения в пористой высокоуглеродистой стали / В. Н. Пустовойт, Ю. Н. Чурюкин, В. А. Блиновский // Физика металлов и металловедение. — 1991. — № 5. — С. 78—86.
42. Кауфман, Л. Термодинамика и кинетика мартенситных превращений / Л. Кауфман, М. Коэн // Успехи физики металлов. — 1961. — № 4. — С. 192—290.
43. Easterling, K. The nucleation of martensite in steel / K. Easterling, A.-R. Tholen // Acta Metallurgica. — 1976. — V. 24, № 4. — Pp. 333—341.
44. Chen, I.-W. Theory and experiment of martensitic nucleations in ZrO2 containing ceramics and ferrous alloys / I.-W. Chen, Y.-H. Chiao // Acta Metallurgica. — 1985. — V. 33, № 10. — Pp. 1827—1847.
45. Sucuki, T. An experimental study of martensite nucleation and growth in 1818 stainless steel / T. Sucuki, H. Kojima, K. Sucuki // Acta Metallurgica. — 1977. — V. 25, № 7. — Pp. 1151—1162.
46. Brooks, E.-P. In situ observation of the formation of martensite in stainless steel / E. P. Brooks, M.-N. Loretto, R.-E. Smallman // Acta Metallurgica. — 1979. — V. 27, № 12. — Pp. 1829—1838.
47. Haycelden, C. The martensite transformation in Fe-Ni-C alloys / C. Haycelden, B. Cantor // Acta Metallurgica. — 1986. — V. 34, № 2. — Pp. 233—242.
48. Ермаков, С. С. Металлокерамические детали в машиностроении / С. С. Ермаков, Н. Ф. Вязников. — Ленинград : Машиностроение, 1975. — 232 с.
49. Ермаков, С. С. Термическая обработка порошковых стальных деталей / С. С. Ерма¬ков. — Ленинград : ЛДНТП, 1981. — 24 с.
50. Ермаков, С. С. Порошковые стали и изделия / С. С. Ермаков, Н. Ф. Вязников. — Ленинград : Машиностроение, 1990. — 319 с.
51. Кащенко, М. П. Динамическая теория γ−α мартенситного превращения в сплавах железа и решение проблемы критического размера зерна / М. П. Кащенко, В. Г. Чащина. — Москва : НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика»; Ижевск : Ижевский институт компьютерных исследований, 2010. — 132 с.
52. Кащенко, М. П. Лазерная модель мартенситного превращения в сплавах переходных металлов / М. П. Кащенко // Мартенситные превращения в металлах и сплавах : докл. междунар. конф. IСОМАТ-77. — Киев : Наукова думка, 1979. — С. 137—141.
53. Кащенко, М. П. Механизм мартенситного превращения, обусловленный неравновесностью электрон-фононной системы / М. П. Кащенко, Р. И. Минц // Письма в ЖЭТФ. — 1977. — Т. 26, № 6. — С. 433—435.
54. Кащенко, М. П. Микроскопический механизм мартенситного превращения в системе Fe Ni / М. П. Кащенко, Р. И. Минц // Письма в ЖЭТФ. — 1978. — Т. 75, № 6 (12). — С. 2280—2289.
55. Кащенко, М. П. Кристонная модель формирования α’-мартенсита деформации в сплавах на основе железа / М. П. Кащенко, А. Г. Семёновых, В. Г. Чащина // Физическая мезомеханика. — 2003. — Т. 6, № 3. — С. 37—56.
56. Olson, G.-B. A general mechanism of martensitic nucleation / G.-B. Olson, M. Cohen // Metallurgica and Materials Transactions A. — 1976. — V. 7. — Pp. 1905—1914.
57. Петров, Ю. Н. Дефекты и бездиффузионные превращения в стали / Ю. Н. Петров. — Киев : Наукова думка, 1978. — 262 с.
58. Поздняков, В. А. О термофлуктуационном и квантовом зарождении новой фазы в кристаллах (Механизм наслаивания дефектов упаковки) / В. А. Поздняков, В. А. Соловьёв // Доклады Академии наук. — 1980. — Т. 252, № 2. — С. 339—343.
59. Ройтбурд, А. Л. Зарождение на дислокациях при мартенситных превращениях / А. Л. Ройтбурд // Доклады Академии наук. — 1981. — Т. 256, № 1. — С. 80—84.
60. Chen, I.-W. Theory and experiment of martensitic nucleation in ZrO2-containing ceramics and ferrous alloys / I.-W. Chen, Y.-H. Chiao // Acta Metallurgica. — 1985. — V. 33, № 10. — Pp. 1827—1845.
61. Roytburd, A. L. On the thermodynamics of martensite nucleation / A. L. Roytburd // Mate¬rials Science and Engineering A. — 1990. — V. 127. — Pp. 229—238.
62. Kajiwara, S. Roles of dislocations and grain boundaries in martensite nucleation / S. Kajiwa-ra // Metallurgica and Materials Transactions A. — 1986. — V. 17. — Pp. 1693—1702.
63. Поздняков, В. А. Механизмы зарождения мартенсита на границах зёрен / В. А. Позд¬няков // Доклады Академии наук. — 2007. — Т. 412, № 3. — С. 334—338.
64. Ueda, M. Controlling factor for the nucleation of martensite at grain boundary in Fe-Ni bicrystals / M. Ueda, H.-Y. Yasuda, Y. Umakoshi // Acta Materialia. — 2003. — V. 51. — Pp. 1007—1017.
65. Горностырев, Ю. Н. Микроскопический механизм мартенситного превращения. Теоретические представления и численное моделирование / Ю. Н. Горностырев // Фазовые и структурные превращения в стали. — 2001. — Вып. 1. — С. 20—52.
66. Dislocation-disclination model of heterogeneous martensite nucleation intransformation-induced-plasticity steels / M. Y. Gutkin [et al.] // Metallurgica and Materials Transactions A. — 2002. — V. 33. — Pp. 1351—1362.
67. Поздняков, В. А. Скейлинг поля напряжений нанокристаллов мартенсита и автокаталитичность мартенситного превращения / В. А. Поздняков // Доклады Академии наук. — 2007. — Т. 414, № 4. — С. 477—479.
68. Глезер, А. М. Мартенситное превращение в микрокристаллических сплавах железо — никель / А. М. Глезер, Е. Н. Блинова, В. А. Поздняков // Известия РАН. Серия физическая. — 2002. — Т. 66, № 9. — С. 1263.
69. Бернштейн, М. Л. Термомеханическая обработка стали / М. Л. Бернштейн, В. А. Зай-мовский, Л. М. Капуткина. — Москва : Металлургия, 1983. — 480 с.
70. Fisher, J.-C. Nucleation / J.-C. Fisher, J.-H. Hollomon, D. Turnbull // Journal of Applied Physics. — 1948. — № 19. — Pp. 775—784.
71. Fisher, J.-C. Kinetics of the austenite-martensite transformation / J.-C. Fisher, J.-H. Hollomon, D. Turnbull // J. Metals. — 1949. — V. 1, № 10. — Pp. 649—701.
72. Пустовойт, В. Н. Исследование механизма образования зародышей мартенсита при закалке в магнитном поле / В. Н. Пустовойт, Ю. В. Долгачёв // Упрочняющие технологии и покрытия. — 2007. — № 3. — С. 4—7.
Review
For citations:
Pustovoyt V.N., Dolgachev Yu.V. NUCLEATION PROBLEMS OF THE MARTENSITIC TRANSFORMATION IN STEEL. Vestnik of Don State Technical University. 2013;13(1-2):5-24. (In Russ.)
Views:
603
Email this article 