Проблемы зарождения при мартенситном превращении в стали

Автор: Пустовойт Виктор Николаевич, Долгачв Юрий Вячеславович

Журнал: Вестник Донского государственного технического университета @vestnik-donstu

Статья в выпуске: 1-2 (70-71) т.13, 2013 года.

Бесплатный доступ

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.

Еще

Мартенсит, мартенситное превращение, зародыш, кристалл, закалка, сталь

Короткий адрес: https://sciup.org/14249961

IDR: 14249961

Список литературы Проблемы зарождения при мартенситном превращении в стали

Grenander V. Teoplitz Forms and Their Applications/V. Grenander, G. Szego -Berkeley: Univ. of California Press, 1958. -245 p.
Schmidt P. The Teoplitz matrices of an arbitrary Laurent polynomial/Schmidt P., Spitzer F.//Math. Scand. -1960. -V. 8. -P. 15-38.
Ullman J. L. A problem of Schmidt and Spitzer/J. L. Ullman//Bull. Amer. Math. Soc. -1967. -V. 73. -P. 883-885.
Bottcher A. Spectral properties of banded Teoplitz matrices/A. Bottcher, S. Grudsky. -Philadelphia: SIAM, 2005. -422 р.
Bikker P. On the Bezout Construction of the Resultant/P. Bikker, A. Uteshev//J. Symbolic Computation. -1999. -V. 28. -P. 45-88.
Кокс, Д. Идеалы, многообразия и алгоритмы/Д. Кокс, Дж. Литтл, Д. О’Ши. -Москва: Мир, 2000. -687 с.
Widom H. Eigenvalue distribution of nonselfadjoint Teoplitz matrices and the asymptotics of Teoplitz determinants in the case of nonvanising ingex/H. Widom//Operator Theory: Adv. And Appl. -1990. -V. 48. -P. 387-421.
Kurdjumov, G. Über den Mechanismus der Stahlhärtung/G. Kurdjumov, G. Sachs//Zeitschrift für Physik. -1930. -Bd. 64, h. 5/6. -S. 325-342.
Курдюмов, Г. В. Превращение в железе и стали/Г. В. Курдюмов, Л. М. Утевский, Р. И. Энтин. -Москва: Наука, 1977. -236 с.
Курдюмов, Г. В. Явление закалки и отпуска стали/Г. В. Курдюмов. -Москва: Металлургиздат, 1960. -64 с.
Курдюмов, Г. В. Бездиффузионные (мартенситные) превращения в сплавах/Г. В. Курдюмов//Журнал технической физики. -1948. -Т. 18, № 8. -С. 999-1025.
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.
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.
Гуляев, А. П. Мартенситное превращение/А. П. Гуляев//Труды Научно-технического общества чёрной металлургии. -1955. -Т. 3. -С. 57-72.
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.
Гуляев, А. П. Мартенситное превращение в железе/А. П. Гуляев, М. А. Гузовская//Металловедение и термическая обработка металлов. -1977. -№ 6. -С. 2-5.
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.
Гуляев, А. П. Диаграмма обьёмного состояния фаз в стали ШХ15/А. П. Гуляев, Б. М. Зельбет//Физика металлов и металловедение. -1958. -Т. 6, вып. 5. -С. 843-848.
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.
Гуляев, А. П. Металлографическое исследование превращения аустенита в мартенсит/А. П. Гуляев, Е. В. Петунина. -Москва: Машгиз, 1952. -92 с.
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.
Гуляев, А. П. Термическая обработка стали/А. П. Гуляев. -Москва: Машиностроение, 1960. -496 с.
Гуляев, А. П. Мартенситное превращение в стали/А. П. Гуляев//Металловедение и термическая обработка металлов. -1959. -№ 11. -С. 5-13.
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.
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.
Wayman, C.-M. Introduction to Crystallography of Martensitic Transformation/C.‑M. Wayman. -New York: MacMillan, 1964. -168 p.
Архаров, В. И. Кристаллография закалённой стали/В. И. Архаров. -Москва: Металлургиздат, 1951. -144 с.
Крапошин, В. С. Золотое сечение в структуре металлов/В. С. Крапошин//Металловедение и термическая обработка металлов. -2005. -№ 8. -С. 3-10.
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.
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.
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 France. -2003. -V. 112. -P. 119-122.
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).
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.
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.
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.
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. Талис, В. Т. Нгуен//Материаловедение. -2007. -№ 8. -С. 2-9.
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.
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.
Слядников, Е. Е. Термодинамическая теория структурного превращения мартенситного типа/Е. Е. Слядников//Известия Томского политехнического университета. -2006. -Т. 309, № 2. -С. 35-40.
Слядников, Е. Е. Предпереходное состояние и структурный переход в деформированном кристалле/Е. Е. Слядников//Физика твёрдого тела. -2004. -Т. 46, № 6. -С. 1065-1071.
Слядников, Е. Е. Основное состояние в структурно неустойчивом кристалле/Е. Е. Слядников//Известия Томского политехнического университета. -2005. -Т. 308, № 5. -С. 14-18.
Слядников, Е. Е. Гамильтониан структурно неустойчивого кристалла/Е. Е. Слядников//Известия Томского политехнического университета. -2005. -Т. 308, № 6. -С. 13-17.
Пушин, В. Г. Предпереходные явления и мартенситные превращения/В. Г. Пушин, В. В. Кондратьев, В. Н. Хачин. -Екатеринбург: Уральское отделение РАН, 1998. -367 с.
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.
Панин, В. Е. Структурные уровни деформации твёрдых тел/В. Е. Панин, В. А. Лихачёв, Ю. В. Гриняев. -Новосибирск: Наука, 1985. -229 с.
Вонсовский, С. В. Сверхпроводимость переходных металлов, их сплавов и соединений/С. В. Вонсовский, Ю. А. Изюмов, Э. З. Курмаев. -Москва: Наука, 1977. -383 с.
Упругие и акустические свойства ионных, керамических диэлектриков и высокотемпературных сверхпроводников/В. Н. Беломестных [и др.]. -Томск: STT, 2001. -226 с.
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.
Кауфман, Л. Термодинамика и кинетика мартенситных превращений/Л. Кауфман, М. Коэн//Успехи физики металлов. -1961. -№ 4. -С. 192-290.
Easterling, K. The nucleation of martensite in steel/K. Easterling, A.-R. Tholen//Acta Metallurgica. -1976. -V. 24, № 4. -Pp. 333-341.
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.
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.
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.
Haycelden, C. The martensite transformation in Fe-Ni-C alloys/C. Haycelden, B. Cantor//Acta Metallurgica. -1986. -V. 34, № 2. -Pp. 233-242.
Ермаков, С. С. Металлокерамические детали в машиностроении/С. С. Ермаков, Н. Ф. Вязников. -Ленинград: Машиностроение, 1975. -232 с.
Ермаков, С. С. Термическая обработка порошковых стальных деталей/С. С. Ермаков. -Ленинград: ЛДНТП, 1981. -24 с.
Ермаков, С. С. Порошковые стали и изделия/С. С. Ермаков, Н. Ф. Вязников. -Ленинград: Машиностроение, 1990. -319 с.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Петров, Ю. Н. Дефекты и бездиффузионные превращения в стали/Ю. Н. Петров. -Киев: Наукова думка, 1978. -262 с.
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.
Ройтбурд, А. Л. Зарождение на дислокациях при мартенситных превращениях/А. Л. Ройтбурд//Доклады Академии наук. -1981. -Т. 256, № 1. -С. 80-84.
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.
Roytburd, A. L. On the thermodynamics of martensite nucleation/A. L. Roytburd//Materials Science and Engineering A. -1990. -V. 127. -Pp. 229-238.
Kajiwara, S. Roles of dislocations and grain boundaries in martensite nucleation/S. Kajiwara//Metallurgica and Materials Transactions A. -1986. -V. 17. -Pp. 1693-1702.
Поздняков, В. А. Механизмы зарождения мартенсита на границах зёрен/В. А. Поздняков//Доклады Академии наук. -2007. -Т. 412, № 3. -С. 334-338.
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.
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.
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.
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.
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.
Бернштейн, М. Л. Термомеханическая обработка стали/М. Л. Бернштейн, В. А. Займовский, Л. М. Капуткина. -Москва: Металлургия, 1983. -480 с.
Fisher, J.-C. Nucleation/J.-C. Fisher, J.-H. Hollomon, D. Turnbull//Journal of Applied Physics. -1948. -№ 19. -Pp. 775-784.
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.
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.

Еще

Статья обзорная