Зарождение мартенсита напряжения в состоянии предмартенситной неустойчивости решетки
Автор: Долгачев Ю.В., Пустовойт В.Н., Вернигоров Ю.М.
Журнал: Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don) @vestnik-donstu
Рубрика: Машиностроение и машиноведение
Статья в выпуске: 1 т.24, 2024 года.
Бесплатный доступ
Введение. Комбинированное влияние на процесс фазового превращения, предполагающее сочетание термической обработки с внешним воздействием, является актуальным технологическим решением для получения необходимых свойств стальной продукции. При закалке стали в постоянном магнитном поле напряженностью 1-2 МА/м наблюдается образование мартенсита при более высоких температурах. Помимо этого, по сравнению с обычной закалкой, происходят изменения в структуре и свойствах. Подобные эффекты не могут объясняться только с термодинамических позиций, так как предполагаемый сдвиг температуры равновесия между аустенитом и мартенситом в магнитном поле такой напряженности не превышает 4-8 °С. Для объяснения эффектов, возникающих при закалке в магнитном поле, предлагается рассмотреть особенности мартенситного превращения в быстрорежущей стали при воздействии внешним магнитным полем в температурном интервале сверхпластичности аустенита. Целью данной работы стало выявление особенностей мартенситного превращения в присутствии постоянного магнитного поля в стали с учетом явлений, возникающих в предмартенситном состоянии.Материалы и методы. Использовались образцы стали марки Р6М5. Исследование особенностей мартенситного превращения осуществляли потенциометрическим методом электросопротивления. Данные фиксировались с помощью аналого-цифрового преобразователя L-CARD E14-440 с использованием программного комплекса LGraph2. Нагрев образца проводился проходящим током. Образец размещался в межполюсном пространстве лабораторного электромагнита открытого типа ФЛ-1, который обеспечивал создание магнитного поля напряженностью 1,2 МА/м.Результаты исследования. На полученных дифференцированных зависимостях присутствовали аномалии электросопротивления (низкотемпературные пики) при температуре, соответствующей появлению ферромагнитной фазы в результате мартенситного превращения. В магнитном поле развитие мартенситного превращения начинается при более высокой температуре, что не может найти объяснения с термодинамических позиций. Таким образом, наблюдали образование мартенсита напряжения в микрообъемах аустенита с ферромагнитным упорядочением, которые воспринимают энергию внешнего поля через магнитострикционные напряжения. В условиях сверхпластичного аустенита такие напряжения оказываются достаточными для инициирования сдвигового превращения. Определен минимально возможный размер флуктуаций неустойчивости решетки (1,372 нм).Обсуждение и заключение. Воздействие магнитным полем при закалке приводит к усилению процессов своеобразного магнитного расслоения аустенита. При температурах, близких к началу мартенситного превращения, имеющиеся области магнитной неоднородности накладываются на эффекты от явления неустойчивости кристаллической решетки перед мартенситным превращением. В температурном интервале Мд-Мн, когда аустенит проявляет сверхпластичность, существенно облегчается образование мартенсита напряжения в микрообъемах аустенита с ферромагнитным упорядочением
Мартенсит напряжения, магнитное поле, сверхпластичность, неустойчивость решетки, сталь, закалка
Короткий адрес: https://sciup.org/142240669
IDR: 142240669 | УДК: 669.1:66.04 | DOI: 10.23947/2687-1653-2024-24-1-58-65
Stress martensite nucleation in a state of premartensitic lattice instability
Introduction. The combined effect on the phase transformation process, involving a combination of heat treatment and external action, is a major technology solution for obtaining the required properties of steel products. When hardening steel in a constant magnetic field with a strength of 1-2 MA/m, martensite formation is observed at higher temperatures. In addition, when compared to conventional hardening, there are changes in structure and properties. Such effects cannot be explained only in terms of thermodynamics, since the expected shift in the equilibrium temperature between austenite and martensite in a magnetic field of such strength does not exceed 4-8°C. To explain the effects that occur during hardening in a magnetic field, it is proposed to consider the features of martensitic transformation in highspeed steel when exposed to an external magnetic field in the temperature range of austenite superplasticity. This research was aimed at identifying the features of martensitic transformation in the presence of a constant magnetic field in steel with account for the phenomena occurring in the premartensitic state.Materials and Methods. Samples made of steel R6M5 were used. Characteristics of the martensitic transformation were studied using the potentiometric method of electrical resistance. The data were recorded using an L-CARD E14-440 analog-to-digital converter with the LGraph2 software package. The sample was heated by passing current. The sample was placed in the interpolar space of an open-type laboratory electromagnet FL-1, which provided the creation of a magnetic field with a strength of 1.2 MA/m.Results. The obtained differentiated dependences were characterized by electrical resistance anomalies (low-temperature peaks) at a temperature corresponding to the appearance of a ferromagnetic phase as a result of martensitic transformation. In a magnetic field, the development of martensitic transformation began at a higher temperature, which could not be explained in terms of thermodynamics. Thus, the formation of stress martensite was observed in microvolumes of austenite with ferromagnetic ordering, which perceived the energy of the external field through magnetostrictive stresses. Under conditions of superplastic austenite, such stresses were sufficient to initiate shear transformation. The minimum possible size of lattice instability fluctuations (1.372 nm) was determined.Discussion and Conclusion. Exposure to a magnetic field under hardening intensified the processes of some magnetic decomposition of austenite. At temperatures close to the beginning of the martensitic transformation, the existing areas of magnetic inhomogeneity were superimposed on the effects of the phenomenon of instability of the crystal lattice. In the temperature range Md-Mn, when austenite exhibited superplasticity, the formation of stress martensite in microvolumes of austenite with ferromagnetic ordering was significantly facilitated
Список литературы Зарождение мартенсита напряжения в состоянии предмартенситной неустойчивости решетки
- Yongmei M Jin, Yu U Wang, Yang Ren. Theory and Experimental Evidence of Phonon Domains and Their Roles in Pre-Martensitic Phenomena. npj Computational Materials. 2015;1(1):15002. URL: https://www.nature.com/articles/npjcompumats20152 (accessed: 20.11.2023).
- Muslov SA, Khachin VN, Pushin VG, Chumlyakov YuI. Elastic Properties and Structure of Alloys TiNi-TiFe prior Martensitic Transformations. Letters on Materials. 2015;5(4):420-423. URL: https://lettersonmaterials.com/Upload/Journals/794/420-4231.pdf (accessed: 20.11.2023).
- Кондратьев В.В., Пушин В.Г., Романова Р.Р., Тяпкин Ю.Д. Упругие свойства и устойчивость ГЦК решеток вблизи температуры мартенситного превращения. Физика металлов и металловедение. 1977;44(3):468-479. Kondratyev VV, Pushin VG, Romanova RR, Tyapkin YuD. Elastic Properties and Stability of FCC Lattices near the Martensitic Transformation Temperature. The Physics of Metals and Metallography. 1977;44(3):468-479. (In Russ.).
- Эстрин Э.И. Устойчивость решеток и мартенситные превращения. В: Трудымеждунар. конф. ICOMAT-77 «Мартенситные превращения». Киев: Наукова думка; 1978. С. 29-33. Estrin EI. Lattice Stability and Martensitic Transformations. In: Proc. Int. Conf. "Martensitic Transformations". Kiev: Naukova dumka; 1978. P. 29-33. (In Russ.).
- Гуляев А.П. Сверхпластичность стали. Москва: Металлургия; 1982. 56 с. Gulyaev AP. Superplasticity of Steel. Moscow: Metallurgiya; 1982. 56 p. (In Russ.).
- Pustovoit VN, Dolgachev YuV. Ferromagnetically Ordered Clusters in Austenite as the Areas of Martensite нед Formation. Emerging Materials Research. 2017;6(2):249-253. https://doi.org/10.1680/jemmr. 17.00042 g
- Фролова А.В., Царенко Ю.В., Рубаник мл. В.В., Рубаник В.В., Столяров В.В. Деформационное поведение § в сплавах с мартенситным превращением под внешними воздействиями. Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2019;83(10):1410-1415. https://doi.org/10.1134/S0367676519100107 Frolova AV, Tsarenko YuV, Rubanik VV Jr., Rubanik VV, Stolyarov VV. Tensile Strain of Alloys with the Martensitic Transformation under the External Impact. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. g 2019;83(10):1289-1293. https://doi.org/10.1134/S0367676519100107 &
- Dolgachev YuV, Pustovoit VN. The Model of Austenite Structure State Taking into Account Fluctuations of Magnetic § Nature. CIS Iron and Steel Review. 2022;24(2):74-78. URL: https://rudmet.net/media/articles/Article CIS 2022 24 pp.74- 0 78.pdf (accessed: 20.11.2023). S
- Гвоздев А.Е. Производство заготовок быстрорежущего инструмента в условиях сверхпластичности. Москва: Машиностроение; 1992. 176 с. Gvozdev AE. Production of Blanks of High-Speed Tools under Conditions of Superplasticity. Moscow: Mashinostroenie; 1992. 176 p. (In Russ.).
- Черепин В.Т. Экспериментальная техника в физическом металловедении. Киев: Техника; 1968. 279 с. URL: https://search.rsl.ra/ra/record/01006388994?yscHd=lozixgfkxj355220445 (дата обращения: 20.11.2023). Cherepin VT. Experimental Technique in Physical Metallurgy. Kiev: Tekhnika; 1968. 279 p. URL: https://search.rsl.ra/ra/record/01006388994?yscüd=lozixgfkxj355220445 (accessed: 20.11.2023) (In Russ.).
- Вонсовский С.В. Магнетизм: магнитные свойства диа-, пара-, ферро-, антиферро- и ферримагнетиков. Москва: Наука; 1971. 1032 с. URL: https://search.rsl.ru/ru/record/01007305776?vsclid=lozipmaxva147070803 (дата обращения: 20.11.2023). Vonsovskiy SV. Magnetism: Magnetic Properties of Dia-, Para-, Ferro-, Antiferro-, and Ferrimagnets. Moscow: Nauka; 1971. 1032 p. URL: https://search.rsl.ru/ru/record/01007305776?vsclid=lozipmaxva147070803 (accessed: 20.11.2023) (In Russ.).
- Лившиц Б.Г., Крапошин В.С., Линецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. Москва: Металлургия; 1980. 320 с. Livshits BG, Kraposhin VS, Linetskii YaL. Physical Properties of Metals and Alloys. Moscow: Metallurgiya; 1980. 320 p. (In Russ.).
- Попова Л.Е., Попов А.А. Диаграммы превращения аустенита в сталях и бета-раствора в сплавах титана. 3-е изд., перераб. и доп. Москва: Металлургия; 1991. 411 с. Popova LE, Popov AA. Diagrams of the Transformation of Austenite in Steels and beta Solution in Titanium Alloys. 3rd ed., reprint. and add. Moscow: Metallurgiya; 1991. 411 p. (In Russ.).
- Кривоглаз М.А., Садовский В.Д., Смирнов Л.В., Фокина Е.А. Закалка стали в магнитном поле. Монография. Москва: Наука; 1977. 120 с. URL: https://www.imp.uran.ru/?q=ru/content/zakalka-stali-v-magnitnom-pole (дата обращения: 20.11.2023). Krivoglaz MA, Sadovskiy VD, Smirnov LV, Fokina EA. Hardening of Steel in a Magnetic Field. Monograph. Moscow: Nauka; 1977. 120 p. URL: https://www.imp.uran.ru/?q=ru/content//akalka-stali-v-magnitnom-pole (accessed: 20.11.2023) (In Russ.).
- Пустовойт В.Н., Долгачев Ю.В. Магнитная гетерогенность аустенита и превращения в сталях. Монография. Кудрякова О.В. (ред.) Москва: Ай Пи Ар Медиа; 2022. 190 с. https://doi.org/10.23682/117033 Pustovoit VN, Dolgachev YuV. Magnetic Heterogeneity of Austenite and Transformations in Steels. Monograph. OV Kudryakova (ed). Moscow: IPR Media; 2022. 190 p. https://doi.org/10.23682/117033 (In Russ.).
- Кондратьев В.В., Тяпкин Ю.Д. Упругие свойства и квазистатические смещения атомов вблизи точки мартенситного превращения. В: Труды междунар. конф. ICOMAT-77 «Мартенситные превращения». Киев: Наукова думка; 1978. С. 43-46. URL: https://search.rsl.ru/ru/record/01007789971?ysclid=loziaf1a8v964754252 (дата обращения: 20.11.2023). Kondratyev VV, Tyapkin YuD. Elastic Properties and Quasi-Static Displacements of Atoms near the Point of Martensitic Transformation. In: Proc. Int. Conf. "Martensitic Transformations". Kiev: Naukova dumka; 1978. P. 43-46. URL: https://search.rsl.ru/ru/record/01007789971?ysclid=loziaf1a8v964754252 (accessed: 20.11.2023) (In Russ.).
- Seki I, Nagata K. Lattice Constant of Iron and Austenite Including Its Supersaturation Phase of Carbon. ISIJInternational. 2005;45(12):1789-1794. https://doi.org/10.2355/isijinternational.45.1789
- Елманов Г.Н., Залужный А.Г., Скрытный В.И., Смирнов Е.А., Перлович Ю.А., Яльцев В.Н. Физическое материаловедение: Т.1. Физика твердого тела. 3-е изд., перераб. Москва: Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»; 2021. 764 с.
