О ПРИРОДЕ МЕСТ ЗАРОЖДЕНИЯ МАРТЕНСИТА ПРИ ЗАКАЛКЕ СТАЛИ

Обсуждаются вопросы о наличии в аустените микрообъемов, наиболее подготовленных для зарождения мартенситной фазы. Из большого числа работ, касающихся мартенситных превращений, очень малое количество посвящено вопросу о местах зарождения мартенсита. Этот аспект превращения немаловажен, так как позволяет получить новые знания о сценариях развития γ → α-превращения при закалке стали. Зародыши мартенсита представляют собой субмикрообъемы аустенита, наиболее подготовленные к фазовому переходу и  характеризующиеся повышенной энергией. Экспериментальные результаты в работе получены методами высокотемпературной металлографии. Изучали структуру образцов стали 30ХГСА, наблюдаемую в результате вакуумного травления, а также поверхностный рельеф, вызванный сдвигом при мартенситном превращении. Полученные структурные картины позволили наблюдать большинство из возможных мест зарождения мартенсита, а именно, неметаллические включения, внутризеренные двойники, высокоугловые и малоугловые границы зерен, ранее образовавшиеся кристаллы мартенсита, дислокации и элементы дисклинационной структуры. Показано, что в области двойников наблюдается высокая плотность дислокаций, что облегчает зарождение мартенсита в результате исчезновения части упругой энергии дислокации при перестройке атомов внутри зародыша. При зарождении на границах зерен высвобождается энергия, которая идет на построение новой межфазной границы и компенсацию возникающей упругой энергии. Для оценки относительной энергии границ разного типа методом многолучевой интерферометрии измерена глубина канавок, которые образуются при термическом травлении на поверхности в месте выхода границ. Наблюдали элементы дисклинационной структуры, возникающие в результате неоднородной деформации. Эти элементы также являются местами формирования зародышевых центров. Отмечается, что присутствующие в парамагнитном аустените нанообласти с ферромагнитным порядком невозможно наблюдать с помощью методов, использованных в настоящей работе. Однако магнетизм играет определяющую роль в реализации того или иного сценария развития фазового превращения в сталях. Получение данных о взаимодействии в аустените ферромагнитных областей между собой, с дефектами кристаллической решетки, магнитным полем, а также о времени их жизни, количестве и размерах является важной задачей для будущих исследований.

1. Bain E.C., Dunkirk N.Y. The nature of martensite // Trans. AIME. 1924. Vol. 70. No. 1. P. 25 – 46.

2. Kurdjumov G.V., Sachs G. Over the mechanisms of steel hardening // Z. Phys. 1930. Vol. 64. P. 325 – 343.

3. Гуляев А.П. Термическая обработка стали. – М.: Машгиз, 1960. – 496 с.

4. Kraposhin V.S., Talis A.L., Pankova M.N. Polytope topological approach to describing martensite transformation // Metal Science and Heat Treatment. 1999. Vol. 41. No. 7-8. P. 340 – 345.

5. Kraposhin V.S. Golden section in the structure of metals // Metal Science and Heat Treatment. 2005. Vol. 47. No. 7-8. P. 351 – 358.

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

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

8. Pustovoit V.N., Dolgachev Yu., Dombrovskii Yu.M. Use of the superplasticity phenomenon of steel for "internal" magnetic correcting a product // Solid State Phenomena. 2017. Vol. 265. P. 745 – 749.

9. Pustovoit V.N., Dolgachev Y.V. Special features of the structure of martensite formed by hardening of steel in magnetic field in the temperature range of superplasticity of austenite // Metal Science and Heat Treatment. 2012. Vol. 53. No. 11-12. P. 515 – 519.

10. Бернштейн М.Л., Пустовойт В.Н. Термическая обработка стальных изделий в магнитном поле. – М.: Машиностроение, 1987. – 256 с.

11. Voronchikhin L.D., Romashev L.N., Fakidov I.G. Anomalous superparamagnetism of the gamma phase of Fe-Cr-Ni alloy // Soviet Physics-Solid State. 1975. Vol. 16 (9). P. 1708 – 1711.

12. Razumov I.K., Gornostyrev Yu.N., Katsnelson M.I. Towards the ab initio based theory of phase transformations in iron and steel // Phys. Metals Metallogr. 2017. Vol. 118 (4). P. 362 – 388.

13. Горелик С.С., Добаткин С.В., Капуткина Л.М. Рекристаллизация металлов и сплавов. – М.: МИСИС, 2005. – 432 с.

14. Kosevich A.M. Crystal dislocations and the theory of elasticity // Dislocations in Solids. 1979. Vol. 1. P. 33 – 141.

15. Cahn J.W. Nucleation on dislocations //Acta Metallurgica. 1957. Vol. 5. No. 3. P. 169 – 172.

16. Chalmers B., King R., Shuttleworth R., De Adriade A.F. The thermal etching of silver // Proc. R. Soc. Lond. A. 1948. Vol. 193. No. 1035. P. 465 – 483.

17. Kühnhold P., Xie W., Lehmann P. Comparison of Michelson and Linnik interference microscopes with respect to measurement capabilities and adjustment efforts // Optical Measurement Systems for Industrial Inspection VIII. International Society for Optics and Photonics. 2013. Vol. 8788. P. 87882G.

18. Gleiter H., Chalmers B. High-angle grain boundaries. – Oxford, New York: Pergamon Press, 1972. – 274 p.

19. Zener C. Elasticity and Anelasticity of Metals. – Chicago: University of Chicago Press, 1948. – 170 p.

20. Okatov S.V., Kuznetsov A.R., Gornostyrev Yu.N. and etc. Effect of magnetic state on the γ–α transition in iron: First-principles calculations of the Bain transformation path // Phys. Rev. B. 2009. Vol. 79 (9). P. 094111 – 094115.

21. Okatov S.V., Gornostyrev Yu.N., Lichtenstein A.I. and etc. Magnetoelastic coupling in γ-iron investigated within an ab initio spin spiral approach // Phys. Rev. B. 2011. Vol. 84 (21). P. 214422 – 214428.

22. Spooner S., Averbach B.L. Spin correlations in iron // Physical Review. 1966. Vol. 142 (2). P. 291 – 298.

23. Pustovoit V.N., Dolgachev Yu.V. Ferromagnetically ordered clusters in austenite as the areas of martensite formation // Emerging Materials Research. 2017. Vol. 6 (2). P. 249 – 253.