Проблемы зарождения при мартенситном превращении в стали
Аннотация
Главная цель данного обзора исследований, посвящённых мартенситным превращениям, — прояснение механизма зарождения мартенсита в железоуглеродистых сталях на основе сформировавшихся на данный момент представлений. Мартенситное превращение — один из основных типов фазовых превращений в твёрдом состоянии, наблюдающихся в веществах с различной природой. Необходимость тщательного и всестороннего анализа структурных состояний, формирующихся при закалке стали, обусловлена его научным и прикладным значением. В работе представлены и критически обсуждаются модели мартенситного превращения. Отмечены особенности превращения, присущие образованию зародышей мартенсита в стали. Приведены конкретные модели реконструкций кристаллических решёток. Рассматривается энергетическая модель безбарьерного зарождения мартенсита. В результате анализа пространственных конфигураций, образованных мартенситными пластинами, делается вывод: они определяются, скорее, общими закономерностями роста кристаллов, чем взаимодействием упругих полей сталкивающихся пластин. Отмечается некорректность обобщения и проецирования на стали результатов, полученных на цветных и довольно экзотических модельных сплавах. Сделан вывод, что механизм зарождения мартенсита в железоуглеродистой стали до сих пор окончательно не раскрыт.
Об авторах
Виктор Николаевич ПустовойтРоссия
Юрий Вячеславович Долгачёв
Россия
Список литературы
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.
Для цитирования:
Пустовойт В.Н., Долгачёв Ю.В. Проблемы зарождения при мартенситном превращении в стали. Вестник Донского государственного технического университета . 2013;13(1-2):5-24.
For citation:
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.)