Випуски $\rightarrow$ Том 27, випуск 3 (2026)

Стимульовані лазером структурні та фазові перетворення у приповерхневих шарах стопів на основі заліза

ДАНІЛЬЧЕНКО В.Ю., БОНДАР В.Й., ДЗЕВІН Є.М.

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

Отримано / остаточна версія: 10.09.2025 / 22.07.2026 Завантажити PDF logo PDF

Анотація
Оглянуто й проаналізовано результати досліджень формування структурного стану моно- та полікристалів заліза і стопів на його основі у різко нерівноважних умовах імпульсного лазерного оброблення. Показано, що значні швидкості нагрівання–охолодження за лазерного оброблення спричиняють пониження температури γ–α-перетворення й утворення γ-фази. У цьому випадку спостерігається перекристалізація монокристалів α-заліза, внаслідок якої формується полікристалічна складова α-заліза з параметром ОЦК-ґратниці, який відповідає вихідному, а за отоплення у вузькому інтервалі густин енергії також формується монокристалічна область γ-фази зі збільшеним параметром ГЦК-ґратниці та значною текстурою. Встановлено, що механічні властивості по глибині зони лазерного впливу визначаються переважно структурними чинниками та змінюються за немонотонними кривими з максимумом. Виявлено вплив енергетичних параметрів імпульсного лазерного опромінення на формування хвилястої мікрогеометрії поверхні.

Ключові слова: лазерне оброблення, монокристал α-заліза, структура, аустеніт, мартенсит, залишкові напруження.

DOI: https://doi.org/10.15407/ufm.27.03.***

Citation: V.Yu. Danilchenko, V.I. Bondar, and Ye.M. Dzevin, Laser-Stimulated Structural and Phase Transformations in Near-Surface Layers of Iron-Based Alloys, Progress in Physics of Metals, 27, No. 3: ***–*** (2026)

Цитована література   
  1. Z. Li, J. Chen, X. Wang, X. Shen, Y. Cen, J. Chen, Y. Chu, and Y. Han, Mater. Sci. Eng. A, 850: 142568 (2022); https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.143568
  2. H.J. Breukelman, M.J. Santofimia, and J. Hidalgo, Mater. Des., 221: 110984 (2022); https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.110984
  3. B. Syed, P. Maurya, S. Lenka, G. Padmanabham, and S.M. Shariff, Opt. Laser Technol., 143: 107285 (2021); https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2021.107285
  4. M. Probstle, S. Neumeier, J. Hopfenmuller, L.P. Freund, T. Niendorf, D. Schwarze, and M. Goken, Mater. Sci. Eng. A, 674: 299 (2016); https://doi.org/10.1016/j.msea.2016.07.061
  5. L.N. Carter, C. Martin, P.J. Withers, and M.M. Attallah, J. Alloys Compd., 615: 338 (2014); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.06.172
  6. B. Baufeld, E. Brandl, and O. Van der Biest. J. Mater. Process. Technol., 211: 1146 (2011); https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2011.01.018
  7. L. Rickenbacher, S. Hovel, and K. Wegener. Rapid Prototyping J., 19, No. 4: 282 (2013); https://doi.org/10.1108/13552541311323281
  8. J.Y. Natoli, L. Gallais, H. Akhouayri, and C. Amra, Appl. Opt., 41, No. 16: 3156 (2002); https://doi.org/10.1364/AO.41.003156
  9. T. Niendorf, S. Leuders, A. Riemer, H. Richard, T. Troster, and D. Schwarze, Metallurg. Mater. Trans. B, 44, No. 4: 794 (2013); https://doi.org/10.1007/s11663-013-9875-z
  10. L.C. Ardila, F. Garciandia, J.B. Gonzalez–Diaz, P. Alvarez, A. Echeverria, M.M. Petite, R. Deffley, and J. Ochoa, Physics Procedia, 56: 99 (2014); https://doi.org/10.1016/j.phpro.2014.08.152
  11. J. Suryawanshi, K.G. Prashanth, and U. Ramamurty, J. Alloys Compd., 725: 355 (2017); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.07.177
  12. M. Mehrpouya, A. Gisario, and M. Elahinia, J. Manuf. Process., 31: 162 (2018); https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2017.11.011
  13. C. Donik, A. Kocijan, I. Paulin, M. Hocevar, P. Gregorcic, and M. Godec, Appl. Surf. Sci., 453: 383 (2018); https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.05.066
  14. J. Fiocchi, C.A. Biffi, S. Gambaro, C. Paternoster, D. Mantovani, and A. Tuissi, J. Mater. Res. Technol., 9, No. 6: 13474 (2020); https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.09.104
  15. K. Kunze, T. Etter, J. Grasslin, and V. Shklover, Mater. Sci. Eng. A, 620: 213 (2015); https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.10.003
  16. B. Polchuk, Vliyanie Lazernoi Impulsnoi Obrabotki na Strukturno-Fazovoe Sostoyanie Pripoverkhnostnykh Sloev Splavov na Osnove Zheleza [Effect of Laser Pulsed Treatment on Structure and Phase State of the Near-Surface Layers of Iron-Based Alloys] (Thesis of Disser. for Dr. Phys.-Math. Sci.) (Kiev: G.V. Kurdyumov Institute for Metal Physics, N.A.S.U.: 1999) (in Russian).
  17. V. Danilchenko, V. Sagaradze, Ph. L’Heritier, and V. Shabashov, Mater. Sci. Eng. A, 357: 146 (2002); https://doi.org/10.1016/S0921-5093(02)00023-0
  18. V. Danilchenko, V. Sagaradze, Ph. L’Heritier, and I. Sagaradze, J. Phys. IY: L, France, 112: 441 (2003); https://doi.org/10.1051/jp4:2003920
  19. V. Danilchenko and Y. Sidorin, Mater. Sci. Forum, 228: 563 (1996); https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.228-231.563
  20. A. Grigorjanc, A. Safonov, and V. Majorov, Met. Sci. Treat. Met., No. 9: 45 (1987) (in Russian).
  21. D. Мirzaev, Kinetika, Struktura i Termodinamicheskie Zakonomernosti Fazovykh Prevrashchenij v 3d-Metallakh i Ikh Splavakh [Kinetic, Structure, and Thermodynamic Regularities of Phase Transformations in 3d-Metals and Their Alloys] (Thesis of Disser. for Dr. Phys.-Math. Sci.) (Sverdlovsk: Sverdlovsk Institute of Metal Physics, R.A.S.: 1989) (in Russian).
  22. V. Danilchenko, D. Anpilogov, and V. Girzon, Metals, 5: 97 (1997).
  23. V. Danilchenko, V. Bondar, and Yu. Sidorin, Phys. Met. Metallogr., 74, No. 5: 498 (1992).
  24. V. Danilchenko, V. Bondar, and Ie. Dzevin, Appl. Nanosci., 10: 4625 (2020); https://doi.org/10.1007/s13204-020-01403-0
  25. А. Vol, Struktura i Svoistva Dvoinikovykh Sistem [Structure and Properties of Twinned Systems] (Moskva: Gos. Izd. Phys.-Math. Lit.: 1982) (in Russian).
  26. I. Zolotarevskiy, Magnitnyye Svoistva GTsK-Fazy Splavov Zheleza v Oblasti Paraprotsessa i Martensitnoye GTsK–OTsK Prevrashchenie v Silnykh Impulsnykh Magnitnykh Polyakh [Magnetic Properties of F.C.C. Phase of Iron Alloys in the Paraprocess Region and Martensitic F.C.C.–B.C.C. Transformation in Strong Pulse Magnetic Fields] (Thesis of Disser. for Dr. Phys.-Math. Sci.) (Donetsk State University: 1991) (in Russian).
  27. V. Burdin, V. Gridnev, V. Minakova, V. Trefilov, and S. Firstov, Obrazovanie Promezhutochnoi Fazy pri α↔γ Prevrashchenii v Zheleze i Uglerodistykh Stalyakh [Formation of Middle Phase at the α↔γ Transformation in Iron and Carbon Steels] (Kiev: Naukova Dumka: 1979) (in Russian).
  28. K. Chuistov, M. Tomashevskiy, and A. Perekos, Metallofizika, 12, No. 5: 59 (1990) (in Russian).
  29. V. Еlutin, I. Blinkov, and A. Ivanov, DAN USSR, 316, No. 6: 1393 (1991) (in Russian).
  30. E. Colombo, G. Fratucello, and F. Ronconi, J. Magn. Magn. Matter., 66: 331 (1987); https://doi.org/10.1016/0304-8853(87)90166-1
  31. C.L. Fu and A. Freeman. Phys. Rev. B, 35, No. 3: 925 (1987); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.35.925
  32. P. Montano and W. Gayanath, Phys. Rev. Lett., 59, No. 97: 1041 (1987); https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.59.1041
  33. H. Yamashita, M. Yoshikawa, and C. Funabiki. J. Magn. Magn. Matter., 62, No. 2: 726 (1987); https://doi.org/10.1063/1.339753
  34. N. Rykalin and A. Uglov, Surf. Phys. Chem. Mech., No. 6: 5 (1983) (in Russian).
  35. A. Brovko, L. Mikhailova, and A. Romanova, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., No. 1: 77 (1991) (in Russian).
  36. L. Golovko, Tekhnologichni Osnovy Keruvannya Yakistyu Poverkhnevogo Sharu pry Laserniy Zmitsnyuyuchiy Obrobtsi Materialiv [Thechnologycal Base of the Regulating of the Quality of Surface Layer by Laser Hardening Treatment of the Materials] (Thesis of Disser. for Dr. Phys.-Math. Sci.) (Kyiv: Kyiv Polytechnic Institute: 1994) (in Ukrainian).
  37. Ia. Golovchiner, R. Landa, and L. Halin, Izluchenie Mozaichnoi Struktury Gamma-Fazy Zhelezo–Nikelevykh Splavov pri Priamom i Obratnom Martensitnom Prevrashchenii [Studying the Mosaic Structure of Gamma-Phase of Fe–Ni Alloys at the Direct and Reverse Martensitic Transformation] (Мoskva: Меtallurgizdat: 1958) (in Russian).
  38. G. Borodina, V. Kraposhin, Yu. Romanov, and F. Kosyrev, Met. Sci. Treat. Met., No. 4: 14 (1983) (in Russian).
  39. V. Kraposhin, K. Shahlevitch, and T. Viazmina, Met. Sci. Treat. Met., No. 10: 21 (1989) (in Russian).
  40. S. Gorelik, L. Rastorguev, and Yu. Skakov, Rentgenograficheskiy i Ehlektronnoopticheskiy Analiz [X-Ray and Electron Analysis] (Мoskva: Меtallurgiya: 1970) (in Russian).
  41. V. Schastlivtsev, D. Mirzaev, and I. Iakovleva, Struktura Termicheski Obrabotannoi Stali [Structure of the Thermotreated Steel] (Мoskva: Меtallurgiya: 1994) (in Russian).
  42. S. Fedosov, Phys. Chem. Mater. Treat., No. 1: 92 (1992) (in Russian).
  43. P. Molian, J. Mater. Sci., 20, No. 8: 2903 (1985); https://doi.org/10.1007/BF00553054
  44. T. Bell and W. Owen, J. Iron Steel Instruments, No. 4: 428 (1967).
  45. S. Kous, D. Sun, and Y. Le, Met. Trans. A, 14A: 643 (1983); https://doi.org/10.1007/BF02643780
  46. A. Uglov and A. Galiev, Phys. Chem. Mater. Treat., No. 4: 10 (1981); https://doi.org/10.1070/QE1980v010n02ABEH009908
  47. A. Galiev, L. Krapivin, L. Mirkin, and A. Uglov, DAN USSR, 251, No. 2: 336 (1980) (in Russian).
  48. V. Ilinskiy, A. Zukov, L. Kоstylev, and V. Loktyushin, Metalls, No. 3: 46 (1998) (in Russian).
  49. V. Lakomskiy and G. Torkhov, DAN USSR, 183, No. 1: 87 (1968) (in Russian).
  50. V. Danilchenko, V. Bondar, and B. Polchuk, Phys. Met. Metallogr., 84, No. 4: 449 (1997).
  51. V. Danilchenko, V. Bondar, and B. Polchuk, Mater. Sci. Forum, 321–324, 595 (2000); https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.321-324.595
  52. V. Danilchenko, P. Volosevitch, and B. Polchuk, Phys. Met. Metallogr., 91, No. 6: 590 (2001).
  53. V. Danilchenko and B. Polchuk, Mater. Sci. Forum, 378–381: 440 (2001); https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.378-381.440
  54. G. Izmailov and V. Gorbach, DAN USSR, 286, No. 2: 348 (1986) (in Russian).
  55. G. Vasserman and I. Greven, Tekstura Metallicheskikh Materialov [Texture of the Metallic Materials] (Мoskva: Меtallurgiya: 1969) (Russian translation).
  56. O. Kоlerov, A. Logvinov, and A. Ryasnyi, Phys. Chem. Mater. Treat., No. 1: 98 (1997) (in Russian).
  57. Yu. Dragoshanskiy and B. Sokolov, Izv. AN USSR, 53, No. 4: 610 (1989) (in Russian).
  58. I. Popova, G. Brashevan, V. Divinskiy, L. Medvedovskaya, and S. Fedorova, Izv. AN USSR, 53, No. 4: 636 (1989) (in Russian).
  59. V. Danilchenko and B. Polchuk, Met. Sci. Treat. Met., 1: 3 (2000).
  60. V. Danilchenko and B. Polchuk, Met. Sci. Treat. Met., 2: 15 (2001).
  61. L. Lysak, Yu. Polischuk, and Ia. Vovk, Zavodskaya Laboratoriya, No. 4: 1021 (1968) (in Russian).
  62. V.N. Bugayev, V.G. Gavrilyuk, V.M. Nadutov, and V.A. Tatarenko, Fizika Metallov i Metallovedenie, 68, No. 5: 931 (1989) (in Russian); idem, Physics of Metals and Metallography, 68, No. 5: 931 (1989).
  63. V.A. Tatarenko and C.L. Tsynman, Solid State Ionics, 101–103: 1061 (1997); https://doi.org/10.1016/s0167-2738(97)00376-7
  64. V.A. Tatarenko and T.M. Radchenko, Usp. Fiz. Met., 3, No. 2: 111 (2002) (in Ukrainian); https://doi.org/10.15407/ufm.03.02.111
  65. T.M. Radchenko, V.A. Tatarenko, and S.M. Bokoch, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 28, No. 12: 1699 (2006); https://doi.org/10.48550/arXiv.1406.0147
  66. T.M. Radchenko and V.A. Tatarenko, Defect Diffus. Forum, 273–276: 525 (2008); https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.273-276.525
  67. V.A. Tatarenko, S.M. Bokoch, V.M. Nadutov, T.M. Radchenko, and Y.B. Park, Defect Diffus. Forum, 280–281: 29 (2008); https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.280-281.29
  68. T.M. Radchenko, O.S. Gatsenko, V.V. Lizunov, and V.A. Tatarenko, Prog. Phys. Met., 21, No. 4: 580 (2020); https://doi.org/10.15407/ufm.21.04.580
  69. Ye. Levchenko and A. Chernyakov, Zh. Eksp. Teor. Fiz., 81, No. 1: 202 (1981) (in Russian).
  70. L. Landau and E. Lifshitz, Mekhanika Sploshnykh Sred [Mechanics of Solid Environments] (Мoskva: Gostekhizdat: 1953) (in Russian).
  71. A. Vedenov and G. Gladush, Fizicheskie Protsessy pri Lazernoi Obrabotke Materialov [Physical Processes at the Laser Treatment of Materials] (Moskva: Ehnergoatomizdat: 1985) (in Russian).
  72. S. Аnisimov, S. Goldberg, O. Kulikov, N. Pilipetskiy, and M. Тribelskiy, Pisma v Zh. Tekh. Fiz., 9, No. 4: 226 (1983) (in Russian).
  73. B. Zyryakov, A. Fannibo, and N. Yuryshev, Phys. Chem. Mater. Treat., No. 3: 14 (1970) (in Russian).
  74. N. Rykalin, A. Uglov, and A. Kokora, Phys. Chem. Mater. Treat., No. 6: 14 (1972) (in Russian).
  75. A. Grigoryants, V. Gavrilyuk, and A. Misyurov, Teoreticheskie Osnovy Lazernoi Tekhniki [Technical Basis of the Laser Technics] (Moskva: MVTU: 1987) (in Russian).
  76. I. Zuev, S. Selishchev, and V. Skobelkin, DAN USSR, 254, No. 6: 1326 (1980) (in Russian).
  77. B. Chalmers, Teoriya Zatverdevaniya [Theory of Solidification] (Мoskva: Меtallurgiya: 1968) (Russian translation).
  78. V. Sadovskiy, V. Schastlivtsev, T. Tabatchikova, and I. Iakovleva, Lazernyi Nagrev i Struktura Stali: Atlas Mikrostruktur [Laser Heating and Structure of Steel: Microstructures] (Sverdlovsk: UrO AN USSR: 1989) (in Russian).
  79. D. Gureev, Phys. Chem. Mater. Treat., No. 1: 27 (1994) (in Russian).
  80. G. Chin and W. Mamme, Trans. Metall. Soc. AIME, 239, No. 9: 1400 (1967).
  81. R. Nabarro, Z. Basinsia, and D. Holt, Adv. Phys., 13, No. 50: 193 (1964); https://doi.org/10.1080/00018736400101031
  82. M. Krivoglaz, Difraktsiya Rentgenovskikh Luchei i Neitronov v Idealnykh Kristallah [Diffraction of the X-Rays and Neutrons in the Perfect Crystals] (Kiev: Naukova Dumka: 1983) (in Russian).
  83. A. Malyshev, V. Sagaradze, and I. Sorokin, Fazovyi Naklep Austenitnykh Stalei na Zhelezo-Nikelevoi Osnove [Phase Hardening of the Iron–Nickel-Based Austenitic Steels] (Moskva: Nauka: 1982) (in Russian).
  84. D. Vasiliev and V. Тrofimov, Zavodskaya Laboratoriya, No. 2: 20 (1984) (in Russian).
  85. V. Danilchenko and B. Polchuk, Phys. Met. Metallogr., 95, No. 5: 103 (2001) (in Russian).
  86. V. Danilchenko and B. Polchuk, Mater. Sci, Forum, 378–381: 443 (2001); https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.378-381.443
  87. V. Danilchenko, V. Bondar, and B. Polchuk, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 23: 254 (2001) (in Russian).
  88. D. Gureev, Phys. Chem. Mater. Treat., No. 1: 31 (1993) (in Russian).
  89. A. Grigoryants and A. Safonov, Lazernaya Tekhnika i Tekhnologiya [Laser Technics and Technology] (Moskva: Vysshaya Shkola: 1988) (in Russian).
  90. V. Danilchenko, V. Bondar, and B. Polchuk, Mater. Sci. Forum, 378–381, 440 (2001); https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.378-381.440
  91. O.V. Movchan and K.O. Chornoivanenko, Prog. Phys. Met., 24, No. 3: 446 (2023); https://doi.org/10.15407/ufm.24.03.446
  92. M.G. Bolotov, G.P. Bolotov, and M.M. Rudenko, Prog. Phys. Met., 25, No. 1: 74 (2024); https://doi.org/10.15407/ufm.25.01.074
  93. V.O. Burlakov and O.V. Filatov, Prog. Phys. Met., 26, No. 4: 968 (2025); https://doi.org/10.15407/ufm.26.04.968

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України,