Модели и характеристики прерывистого превращения аустенита в железоуглеродистых сплавах

С. В. Бобырь$^{1}$, В. И. Большаков$^{2}$

$^1$Институт чёрной металлургии им. З.И. Некрасова НАН Украины, пл. Акад. Стародубова, 1, 49050 Днепропетровск, Украина
$^2$Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, ул. Чернышевского, 24а, 49600 Днепр, Украина

Получена: 04.08.2014. Скачать: PDF

Анализ значительного количества работ, посвящённых прерывистому превращению аустенита, позволяет определить основные характеристики такого превращения. Формирующаяся при прерывистом распаде аустенита пластинчатая структура (перлит) является термодинамически неустойчивой, так как имеет очень большую протяжённость межфазных границ. Перлит образуется в виде отдельных колоний, т.е. областей, в которых пластины $\alpha$-железа и цементита приблизительно параллельны и в которых межпластинчатое расстояние $(S_0)$ зависит отскорости охлаждения. Зенер предложил соотношение между межпластинчатым расстоянием и величиной переохлаждения стали $S_0 \varpropto \Delta T^{-1} $. Экспериментальные результаты показывают, однако, что измеренные значения межпластинчатого расстояния перлита значительно больше тех значений, которые даёт модель Зенера. Авторами найдена температурная зависимость межпластинчатого расстояния перлита от величины переохлаждения сплава в виде $S_0 \varpropto (D/\Delta T)^{1/2}$, соответствующая экспериментальным данным. Важной кинетической характеристикой процесса превращения аустенита является скорость роста перлита $v$. Величина скорости роста была получена Мейлом в виде $v = KS_0^{-1}$. В последующих работах учёными найдены различные решения уравнения диффузии углерода в аустените, позволяющие определить величину коэффициента $K$ и учесть влияние дополнительных факторов — структурных напряжений (Б. Я. Любов), количества неметаллических включений (В. Е. Ольшанецкий), что повышает точность расчётов. Разрабатываемая авторами диффузионная модель прерывистого превращения аустенита позволила объяснить образование перлита и бейнита в железоуглеродистых сплавах в одном и том же интервале температур. Теоретически найдена зависимость скорости роста $\alpha$-фазы от величины переохлаждения стали в виде $v \varpropto \Delta T \exp({-Q/(2RT)})$.

Ключевые слова: диффузионная модель, превращение аустенита, межпластинчатое расстояние, скорость роста перлита, бейнит.

PACS: 05.70.Ce, 05.70.Ln, 64.60.Ej, 64.70.kd, 64.75.Op, 66.30.J-, 81.10.Jt

Citation: S. V. Bobyr and V. I. Bol’shakov, Models and Characteristics of Discontinuous Transformation of Austenite in Iron–Carbon Alloys, Usp. Fiz. Met., 15, No. 3: 145—172 (2014) (in Russian), doi: 10.15407/ufm.15.03.145


Цитированная литература (41)  
  1. Г. В. Курдюмов, Л. М. Утевский, Р. И. Энтин, Превращения в железе и стали (Москва: Наука: 1977).
  2. Б. Я. Любов, Кинетическая теория фазовых превращений (Москва: Металлургия: 1969).
  3. Я. С. Уманский, Ю. А. Скаков, Физика металлов. Атомное строение металлов и сплавов: Учебник для вузов (Москва: Атомиздат: 1978).
  4. А. Л. Ройтбурд, Академик Георгий Вячеславович Курдюмов. Страницы жизни: Воспоминания (Москва: Наука: 2004).
  5. N. T. Belaiew, Mineralogical Magazine, No. 20: 173 (1924). Crossref
  6. C. Smith, Trans. ASM, 45: 533 (1953).
  7. К. П. Бунин, Ю. К. Бунина, В. И. Мазур, МиТОМ, № 10: 6 (1971).
  8. Р. Ф. Мейл, У. К. Хагель, Успехи физики металлов (Москва: ГосНТИ: 1960), т. 3.
  9. И. Л. Миркин, Труды Московского института стали. Сб. ХVIII (Москва: МИСиС: 1941).
  10. F. C. Hull and R. F. Mehl, Trans. Amer. Soc. Metals, 30: 381 (1942).
  11. R. F. Mehl, Hardenability of Alloy Steels (Cleveland: Amer. Soc. Metals: 1938).
  12. W. H. Brandt, J. Applied Physics, 16: 139 (1945). Crossref
  13. С. В. Бобырь, Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. научных трудов (Днепропетровск: ПГаСиА: 2004), вып. 26, ч. 1, с. 363.
  14. Ю. І. Ковальчик, М. І. Пашечко, Евтектика ІV: Збірка праць міжн. конф. (24–26 червня, 1997) (Дніпропетровськ: ДМетАУ: 1997), с. 65.
  15. С. В. Бобырь, Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. научных трудов (Днепропетровск: ПГаСиА: 2003), вып. 22, ч. 2, с. 60.
  16. C. Zener, Trans. AIME, 167: 513 (1946).
  17. M. Hillert, Jerncontorets Ann., 141, No. 11: 755 (1957).
  18. Дж. У. Кристиан, Физическое металловедение. Том 2. Фазовые превращения (Москва: Мир: 1968).
  19. L. Önsager, Phase Transformations in Solids: Conference (Cornell, Ithaca, NY: Wiley: 1951), p. 37.
  20. D. Turnball, Acta Met., 3: 43 (1955). Crossref
  21. В. И. Большаков, С. В. Бобырь, МиТОМ, № 8: 11 (2004).
  22. Р. И. Энтин, Превращения аустенита в стали (Москва: ГНТИ: 1960).
  23. В. Е. Ольшанецкий, Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні, № 1: 14 (2002).
  24. В. Е. Ольшанецкий, МиТОМ, № 3: 3 (2003).
  25. Дж. Е. Бурке, Д. Тарнбалл, Успехи физики металлов (Москва: Металлургиздат: 1956), т. 1, с. 368.
  26. W. S. Hagel, G. M. Pound, and R. F. Mehl, Acta Met., 4: No. 1: 37 (1956). Crossref
  27. И. В. Салли, Физические основы формирования структуры сплавов (Москва: Металлургиздат: 1963).
  28. Ю. И. Кононенко, В. Е. Ольшанецкий, Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні, № 1: 37 (2010).
  29. R. F. Mehl, F. C. Hull, and R. A. Coltun, Trans. AIME, 150, No. 1: 185 (1942).
  30. А. Ю. Борисенко, М. Ф. Евсюков, Г. В. Левченко, Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. научных трудов (Днепропетровск: ПГАСА: 2005), вып. 32, ч. 1., с. 85.
  31. Л. Н. Александров, Б. Я. Любов, ДАН СССР, 151, № 3: 552 (1963).
  32. В. И. Большаков, С. В. Бобырь, Металознавство та термічна обробка металів: Науков. та інформ. бюл. ПДАБА (Дніпропетровськ: ПДАБА: 2005), № 2: 27.
  33. С. В. Бобырь, Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научных трудов (Днепропетровск: Изд. ИЧМ: 2006), вып. 13: 241.
  34. Л. Е. Попова, А. А. Попов, Диаграммы превращения аустенита в сталях и бета-растворах в сплавах титана: Справочник термиста (Москва: Металлургия: 1991).
  35. В. М. Счастливцев, Д. А. Мирзаев, И. Л. Яковлева, К. Ю. Окишев, Т. И. Табатчикова, Ю. В. Хлебникова, Перлит в углеродистых сталях (Екатеринбург: УрО РАН: 2006).
  36. С. В. Бобырь, Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научных трудов (Киев: Наукова думка: 2008), вып. 18: 257.
  37. С. В. Бобырь, В. И. Большаков, Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні, № 1: 21 (2012).
  38. В. И. Большаков, К. Ф. Стародубов, М. А. Тылкин, Термическая обработка строительной стали повышенной прочности (Москва: Металлургия: 1977).
  39. H. D. K. H. Bhadeshia, Bainite in Steels (Cambridge: The University Press: 2001).
  40. D. Zotov, O. Uzlov, V. Bolshakov, A. Weiss, and P. R. Sheller, Proc. of the 59th Int. Conf. ‘Freiberger Forschungsforum Berg- und Hüttenmännischer Tag (BHT-2008)’ (11–13 July, 2008, Freiberg), p. 238.
  41. В. М. Счастливцев, Д. А. Мирзаев, И. Л. Яковлева, Структура термически обработанной стали (Москва: Металлургия: 1994).
Цитируется (1)
  1. S. V. Bobyr and V. I. Bolshakov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 38, 981 (2016).