Влияние циклических мартенситных $\gamma$–$\epsilon$-превращений на диффузионные характеристики кобальта в железомарганцевом сплаве

В. Ю. Данильченко, В. Ф. Мазанко, А. В. Филатов, В. Е. Яковлев

Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина

Получена: 04.04.2019; окончательный вариант — 05.05.2019. Скачать: PDF logoPDF

В обзорной статье анализируются результаты экспериментальных исследований влияния циклических мартенситных превращений (МП), — прямых $\gamma$–$\epsilon$ (ГЦК–ГПУ) и обратных $\epsilon$–$\gamma$ (ГПУ–ГЦК), — на диффузионные характеристики атомов Co в железомарганцевом сплаве Г18С2 (Fe–18,3 вес.% Mn–2,1 вес.% Si) с низкой энергией дефектов упаковки (ДУ). С использованием радиоактивных изотопов методом авторадиографии и послойного анализа показано, что существенная интенсификация подвижности атомов Co $\gamma \rightleftarrows \epsilon$-превращениями определяется двумя разными независимыми механизмами: собственно за счёт МП (атермический механизм) и механизмом термической активации в области дефектов строения, образованных в процессе $\gamma$–$\epsilon$- и $\epsilon$–$\gamma$-превращений. Проанализирована возможность транспорта атомов Co атермическим механизмом в процессе циклических мартенситных превращений (ЦМП) за счёт перемещения междоузельных атомов и их комплексов вдоль плотноупакованных плоскостей (111)$_{\gamma}$ и (001)$_{\epsilon}$ в кристаллических решётках соответственно ГЦК-аустенита и ГПУ-мартенсита (краудионный механизм). При этом учитывалась способность краудионных комплексов двигаться со скоростью, которая превышает скорость звука в кристалле, в поле высоких внутренних напряжений, возникающих при высокоскоростной деформации аустенита в процессе МП. Рентгеновскими методами на моно- и поликристаллических образцах исследованы закономерности накопления в процессе ЦМП таких дефектов строения как дезориентация кристаллической решётки и хаотических дефектов упаковки (ХДУ). Интенсификация диффузионных процессов в фазонаклёпанном сплаве по механизму термической активации связывается с повышением подвижности атомов Co в области накопления дефектов кристаллического строения. Анализ закономерностей накопления дефектов строения разного типа при повышении степени фазового наклёпа позволил установить определённую последовательность их влияния на диффузионную подвижность атомов Co. Результаты исследования развивают физические представления о диффузии атомов замещения в сплавах с развитой системой дефектов кристаллического строения разного типа (дислокаций, малоугловых субграниц фрагментов, высокоугловых границ зёрен, границ деформационных двойников, ХДУ). Полученные новые экспериментальные данные могут быть использованы для разработки модели диффузии в области линейных и плоскостных дефектов строения в области низких температур (ниже половины точки плавления). Определена перспектива практического использования закономерностей интенсификации диффузии для оптимизации режимов химико-термической обработки и процессов дисперсионного твердения метастабильных сплавов. Существенное ускорение (при помощи ЦМП) диффузии атомов замещения при низких температурах открывает новые дополнительные возможности технологии дисперсионного затвердевания.

Ключевые слова: мартенситное превращение, диффузия, дефекты упаковки, дислокация, фазовый наклёп, субграницы фрагментов.

Citation: V. Yu. Danilchenko, V. F. Mazanko, O. V. Filatov, and V. E. Iakovlev, Effect of Cyclic Martensitic $\gamma$–$\epsilon$ Transformations on Diffusion Characteristics of Cobalt in an Iron–Manganese Alloy, Usp. Fiz. Met., 20, No. 3: 426–446 (2019); doi: 10.15407/ufm.20.03.426


Цитированная литература (45)  
    1. S. Schumacher, R. Birringer, R. Strauss, and H. Gleiter, Acta Met., 37: 2485 (1989). Crossref
    2. B. S. Bokshtein, Diffuziya v Metallakh [Diffusion in Metals] (Moscow: Metallurgiya: 1978) (in Russian).
    3. W. Lan, S. Zhao, and W. Zhon. Mater. Express, 8, No. 3: 245 (2018). Crossref
    4. G. Ya. Bazeluk, V. I. Bondar, and Ie. N. Dzevin, Solid State Phenom., 130: 267 (2007). Crossref
    5. A. Aletdinov, S. Mironov, G. F. Korznikova, T. Konkova, R. G. Zaripova, M. M. Myshlyaev, and S. L. Semiatin, Metall. and Mat. Trans. A, 50, No. 3: 1346 (2019). Crossref
    6. P. He, X. Yue, and J. H. Zhang, Mater. Sci. Eng. A, 486, Nos. 1–2: 171 (2008). Crossref
    7. V. A. Andryushchenko, O. V. Bavol, T. L. Blinokhvatov, A. G. Garan, and E. M. Dzevin, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 32, No. 7: 883 (2010) (in Russian).
    8. V. A. Andrushchenko and E. N. Dzevin, Materials Structure, 6, No. 2: 122 (1999).
    9. V. A. Andryushchenko, O. V. Bavol, T. L. Blinokhvatov, A. G. Garan, and E. M. Dzevin, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 31, No. 9: 1257 (2009) (in Russian).
    10. V. A. Kim and М. S. Kochetkov, Uprochnyayushchie Tekhnologii i Pokrytiya, No. 7 (127): 13 (2015).
    11. V. V. Kovalenko, Eh. V. Kozlov, Yu. F. Ivanov, and V. E. Gromov, Fizicheskaya Priroda Formirovaniya i Evolyutsiya Gradientnykh Strukturno-Fazovykh Sostoyaniy v Stalyakh i Splavakh [The Physical Nature of the Formation and Evolution of Graded Structure–Phase States in Steels and Alloys] (Novokuznetsk: Poligrafist: 2009) (in Russian).
    12. V. E. Gromov, Yu. F. Ivanov, E. G. Belov, V. B. Kosterev, and D. A. Kosinov, Usp. Fiz. Met., 17, No. 4: 303 (2016) (in Russian). Crossref
    13. V. V. Kovalenko, Izvestiya VUZov. Chernaya Metallurgiya, 9: 25 (2004) (in Russian).
    14. E. M. Dzevin, Nanoscale Res. Lett., 10: 117 (2015). Crossref
    15. K. A. Malyshev, V. V. Sagaradze, I. P. Sorokin, N. D. Zemtsova, V. A. Teplov, and A. I. Uvarov, Fazovyy Naklep Austenitnykh Splavov na Zhelezonikelevoy Osnove [Phase Hardening of Iron–Nickel-Based Austenite Alloys] (Moscow: Nauka: 1982) (in Russian).
    16. V. V. Sagaradze,V. E. Danilchenko, Ph. L’Heritier, and V. A. Shabashov, Mater. Sci. Eng. A, 337, Nos. 1–2: 146 (2002). Crossref
    17. V. V. Savin,Yu. F. Ternovoy, V. A. Borkovskikh, A. V. Nedolya, and S. A. Sabanov, J. Magn. Magn. Mater., 157–158: 49 (1996). Crossref
    18. A. V. Nedolya and V. Yu. Olshanetskyy, Novi Materialy i Tekhnologii v Metalurgii ta Mashynobuduvanni, 2: 29 (2013) (in Ukrainian).
    19. V. E. Danilchenko, V. F. Mazanko, and V. E. Iakovlev, Nanoscale Res. Lett., 9: 322 (2014). Crossref
    20. A. V. Nedolya and D. Y. Shapar, Materialwiss. Werkstofftech., 47, Nos. 2–3: 128 (2016). Crossref
    21. A. V. Nedolya, Springer Proc. Phys., 183: 231 (2016). Crossref
    22. V. B. Brik, Diffuziya i Fazovyye Prevrashcheniya v Metallakh i Splavakh [Diffusion and Phase Transformations in Metals and Alloys] (Kiev: Naukova Dumka: 1985) (in Russian).
    23. V. Yu. Danilchenko, V. F. Mazanko, and V. Ie. Yakovlev, Metallofiz. Noveish. Tekhnol., 31, No. 12: 1621 (2009) (in Ukrainian).
    24. D. S. Gertsriken, M. E. Gurevich, Yu. N. Koval, V. M. Tyshkevich, and V. M. Falchenko, Termotsiklicheskaya Obrabotka Metallicheskikh Izdeliy [Thermocyclic Treatment of Metal Fabrics] (Leningrad: Nauka: 1982) (in Russian).
    25. V. M. Mironov, T. F. Mironova, Yu. N. Koval, D. S. Gertsriken, and V. V. Alekseeva, Vestnik SamGU — Estestvennonauchnaya Seriya, No. 3 (43): 134 (2006) (in Russian).
    26. Yu. N. Koval, D. S. Gertsriken, and V. P. Bevz, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 10: 32 (2010) (in Russian).
    27. L. I. Lysak and B. I. Nikolin, Fizicheskie Osnovy Termicheskoy Obrabotki Stali [Physical Basis of the Heat Treatment of Steel] (Kiev: Tekhnika: 1975) (in Russian).
    28. V. B. Brik, A. M. Kumok, B. I. Nikolin, and V. M. Falchenko, Metally, 4: 131 (1981) (in Russian).
    29. V. I. Bondar, V. E. Danilchenko, A. V. Filatov, V. F. Mazanko, and V. E. Iakovlev, Usp. Fiz. Met., 19: 70 (2018). Crossref
    30. L. N. Larikov and V. M. Falchenko, Diffuziya v Metallakh i Splavakh (Ed. M. A. Krishtal) (Tula: TLI: 1968), p. 333 (in Russian).
    31. M. S. Paterson, J. Appl. Phys., 23: 805 (1952). Crossref
    32. Ya. D. Vishnyakov, Defekty Upakovki v Kristallicheskoy Strukture [Stacking Faults in the Crystal Structure] (Moscow: Metallurgiya: 1970) (in Russian).
    33. B. E. Warren, Progress in Metal Physics, 8: 147 (1959). Crossref
    34. J. W. Christian, Acta Cryst., 7: 415 (1954). Crossref
    35. I. N. Bogachev and V. F. Egolaev, Struktura i Svoistva Zhelezomargantsevykh Splavov [Structure and Properties of the Iron–Manganese Alloys] (Moscow: Metallurgiya: 1973) (in Russian).
    36. L. I. Lysak and I. B. Goncharenko, Fiz. Met. Metalloved., 31: 1004 (1971) (in Russian).
    37. Yu. A. Polikarpov, P. L. Gruzin, and M. A. Shumilov, Zavodskaya Laboratoriya, 4: 417 (1955) (in Russian).
    38. V. Danilchenko, E. Dzevin, and V. Sagaradze, J. Mater. Sci. Technol., 29, No. 3: 279 (2013). Crossref
    39. I. N. Bogachev, V. F. Egolaev, L. D. Chumakova, and R. M. Shklyar, Izvestiya VUZov. Chernaya Metallurgiya, 10: 140 (1967) (in Russian).
    40. V. L. Indenbom, JETP Letters, 12, No. 11: 369 (1970).
    41. A. V. Markidonov, M. D. Starostenkov, T. I. Neverova, and A. A. Barchuk, Lett. Mater., 1, No. 2: 102 (2011) (in Russian). Crossref
    42. V. F. Mazanko, S. P. Vorona, and A. V. Filatov, Metallofizika, 17, No. 9: 74 (1995) (in Russian).
    43. A. Filatov, A. Pogorelov, D. Kropachev, and O. Dmitrichenko, Defect and Diffusion Forum, 363: 173 (2015). Crossref
    44. D. A. Kropachyov, A. E. Pogorelov, and A. V. Filatov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 35, No. 6: 793 (2013) (in Russian).
    45. V. E. Danilchenko, A. V. Filatov, V. F. Mazanko, and V. E. Iakovlev, Nanoscale Res. Lett., 12: 194 (2017). Crossref