Вплив циклічних мартенситних $\gamma$–$\epsilon$-перетворень на дифузійні характеристики Кобальту в залізоманґановому стопі

В. Ю. Данільченко, В. Ф. Мазанко, О. В. Філатов, В. Є. Яковлев

Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна

Отримана: 04.04.2019; остаточний варіант — 05.05.2019. Завантажити: PDF logoPDF

В оглядовій статті аналізуються результати експериментальних досліджень впливу циклічних мартенситних перетворень (МП), — прямих $\gamma$–$\epsilon$ (ГЦК–ГЩП) і зворотніх $\epsilon$–$\gamma$ (ГЩП–ГЦК), — на дифузійні характеристики атомів Co у залізоманґановому стопі Г18С2 (Fe–18,3 ваг.% Mn–2,1 ваг.% Si) з низькою енергією дефектів пакування (ДП). З використанням радіоактивних ізотопів методом авторадіографії та пошарового аналізу показано, що істотна інтенсифікація рухливости атомів Co $\gamma \rightleftarrows \epsilon$-перетвореннями визначається двома різними незалежними механізмами: власне МП за рахунок дії циклічних знакозмінних внутрішніх напружень (атермічний механізм) і механізмом термічно активованої дифузії в області дефектів кристалічної будови, що сформувалися в процесі $\gamma$–$\epsilon$- і $\epsilon$–$\gamma$-перетворень. Проаналізовано можливість транспорту атомів Co атермічним механізмом у процесі циклічних мартенситних перетворень (ЦМП) за рахунок переміщення міжвузлових атомів та їх комплексів вздовж щільнопакованих площин (111)$_{\gamma}$ і (001)$_{\epsilon}$ у кристалічних ґратницях ГЦК-аустеніту та ГЩП-мартенситу відповідно (краудіонний механізм). При цьому враховувалася властивість краудіонних комплексів рухатися зі швидкістю, що перевищує швидкість звуку в кристалі, в полі високих внутрішніх напружень, які виникають при високошвидкісній деформації аустеніту в процесі МП. Рентґенівськими методами на монокристалічних і полікристалічних зразках показано можливість накопичення в процесі ЦМП таких дефектів кристалічної будови як дезорієнтація кристалічної ґратниці фраґментів і хаотичних дефектів пакування (ХДП). Інтенсифікація дифузійних процесів у фазонаклепаному стопі за механізмом термічної активації пов’язується із підвищенням рухливости атомів Co в області накопичених дефектів кристалічної будови. Аналіз закономірностей накопичення дефектів будови різного типу при підвищенні ступеня фазового наклепу уможливив визначення певної послідовности їхнього впливу на дифузійну рухливість атомів Co. Результати дослідження істотно розширюють фізичні уявлення стосовно дифузії атомів заміщення в стопах з розвинутою системою дефектів кристалічної будови різного типу (дислокацій, малокутових субмеж фраґментів, висококутових меж зерен, меж деформаційних двійників, ХДП). Одержані нові експериментальні результати можуть бути використані для розроблення моделі дифузії в області лінійних і площинних дефектів за низьких температур (нижче половини точки топлення). Окреслено перспективу практичного використання закономірностей інтенсифікації дифузії для оптимізації режимів технологічних хіміко-термічних процесів. Істотне пришвидшення (за допомогою ЦМП) дифузії атомів заміщення за низьких температур відкриває нові додаткові можливості технології дисперсійного твердіння.

Ключові слова: мартенситне перетворення, дифузія, дефекти пакування, дислокація, фазовий наклеп, субмежі фраґментів.

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


Цитована література (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