О МЕСТАХ СДВИГОВОГО ОБРАЗОВАНИЯ ЗАРОДЫШЕЙ ПРИ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЯХ В СТАЛИ

Рассматривается вопрос о местах зарождения при фазовых переходах, который, даже для такой широко исследуемой области, как мартенситные превращения, остается актуальным. Обсуждается универсальный характер сдвигового зарождения и места зарождения при диффузионных (нормальных) и мартенситных превращениях. Особенности зарождения изучались с помощью наблюдения поверхностного рельефа на сталях 30ХГСА, У12 и техническом железе средствами высокотемпературной металлографии, а также путем микроструктурного исследования начальных стадий фазовых превращений пористых спеченных сталей с содержанием углерода 0,40 и 1,57  %. Представлены кадры зарождения аустенита от малоугловой и высокоугловой границ, свидетельствующие в пользу сдвигового механизма его образования. Показаны многочисленные акты зарождения феррита на границе зерна γ-фазы как при медленном, так и быстром охлаждении, которое формирует морфологию игольчатого (видманштеттового) феррита. В сталях 30ХГСА и У12 мартенсит образуется по границам зерен, хотя иные области нуклеации, например, такие как дефекты упаковки, включения, особые дислокационные конфигурации, не исключаются, но они не являются преимущественными. В образцах из пористой стали имеет место преимущественный рост двойникованных кристаллов мартенсита от пор. Полученные экспериментальные данные о зародышах аустенита и феррита указывают на сдвиговый механизм зарождения на начальной стадии диффузионных превращений, который впоследствии сменяется нормальным механизмом роста с образованием равноосных зерен. Делается вывод, что, несмотря на различия в природе и условиях зарождения фаз, акты зародышеобразования во всех случаях происходят одинаково, а отличия начинаются на стадии роста. Показано, что сдвиговое зарождение может начинаться от границ зерен, субзерен, а также свободных поверхностей (например, пор в спеченной стали). Зарождению в указанных местах способствуют релаксация напряжений превращения и высвобождающаяся часть зернограничной энергии. Обнаруженная ромбовидная морфология мартенситных кристаллов, образующихся на порах, может быть объяснена тем, что зарождение от свободной поверхности, происходящее в условиях минимального влияния упругих полей окружающей матрицы, благоприятствует реализации общих закономерностей роста мартенситных кристаллов.

1. Kaufman L., Cohen M. Thermodynamics and kinetics of marten­ sitic transformations // Progress in Metal Physics. 1958. Vol. 7. P. 165 – 246.

2. Cohen M. Operational nucleation in martensitic transformations // Metall. Trans. 1972. Vol. 3. P. 1095 – 1098.

3. Петров Ю.Н. Дефекты и бездиффузионное превращение в стали. – Киев: Наукова думка, 1978. – 262 с.

4. Пустовойт В.Н., Долгачев Ю.В. Проблемы зарождения при мартенситном превращении в стали // Вестник Донского государственного технического университета. 2013. Т. 13. № 1-2 (70-71). С. 5 – 24.

5. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. – М.: Металлургия, 1986. – 480 с.

6. Бернштейн М.Л., Пустовойт В.Н. Термическая обработка стальных изделий в магнитном поле. – М.: Машиностроение, 1987. – 255 с.

7. Pozdnyakov V.A Mechanisms of martensite nucleation at grain boundaries // Doklady physics. 2007. Vol. 52. No. 1. P. 24 – 28.

8. Kajiwara S. Roles of Dislocations and Grain Boundaries in Marten­ site Nucleation // Metal. Trans. 1986. Vol. 17A. P. 1693 – 1702.

9. Ueda M., Yasuda H.Y., Umakoshi Y. Controlling factor for nucleation­ of martensite at grain boundary in Fe-Ni bicrystals // Acta mater. 2003. Vol. 51. P. 1007 – 1017.

10. Xu G., Wang C., Beltrán J.I., Llorca J., Cui Y. Landau modeling of dynamical­ nucleation of martensite at grain boundaries under local stress // Computational Materials Science. 2016. Vol. 118. P. 103 – 111.

11. Inagaki H. Nucleation of the proeutectoid ferrite and its role in the formation of the transformation texture in a low carbon steel // Zs. Metallkunde. 1987. Vol. 78. No. 2. P. 87 – 96.

12. Дьяченко С.С. Образование аустенита в железоуглеродистых сплавах. – М.: Металлургия, 1982. – 128 с.

13. Лизунов В.И. Композиционные стали. – М.: Металлургия, 1978. – 150 с.

14. Gornostyrev Yu.N., Urtsev V.N., Zalalutdinov M.K., Entel P., Kap­ tsan A.V., Kuznetsov A.R. Reconstruction of grain boundaries du­ ring austenite–ferrite transformation // Scripta Materialia. 2005. Vol. 53. No. 2. P. 153 – 158.

15. Бернштейн М.Л., Капуткина Л.М., Прокошкин С.Д. Отпуск стали. – М.: МИСиС, 1997. – 936 с.

16. Kaputkina L.M., Prokoshkina V.G., Smarygina I.V., Svyazhin A.G., Medvedev M.G. Influence of alloying by nitrogen on the strength and austenite stability of X18H10 steel // Steel in Translation. 2014. Vol. 44. No. 7. P. 502 – 508.

17. Бернштейн М.Л. Полиморфные превращения // Металловедение и термическая обработка стали: Справ. изд. в 3-х т. Т. 2. – М.: Металлургия, 1983. С. 7 – 21.

18. Степанов М.С., Домбровский Ю.М. Микродуговое поверхностное легирование стали: феноменология и механизмы. – Ростов-на-Дону: Издательский центр ДГТУ, 2016. – 209 с.

19. Крапошин В.С., Сильченков А.Д. Чем отличается мартенситное превращение от нормального? // МиТОМ. 2008. № 11 (641). С. 28 – 36.

20. Pankova M.N., Kraposhin V.S. Three-dimensional model of filling the grain space with martensite crystals in austenite transformation // Metal Science and Heat Treatment. 1999. Vol. 41. No. 7-8. P. 346 – 350.