Кристалоструктурні зміни на початкових етапах відпуску мартенситу високовуглецевих Fe – Al сплавів

В роботі показано, що різновид і особливості кристалоструктурних змін в умовах зовнішніх термічних впливів на високовуглецеві Fe-Al-сплави визначаються наявністю в кристалічній гратці аустеніту атомів заміщення (алюмінію), атомів втілення (вуглецю), ізоморфних когерентних частинок впорядкованої карбідої фази (К-фази), а також пара- або феромагнітним станом останніх до мартенситного перетворення. За допомогою матричного аналізу змодельовані кристалоструктурні зміни кристалічної гратки мартенситу при  претворенні. Встановлено, що перераховані вище фактори обумовлюють, також, зміни деяких фізичних характеристик Fe-Al-C-сплавів при низькотемпературному відпуску. Виявлено, що дія імпульсного лазерного випромінювання дає можливість зафіксувати в приповерхневому шарі зразків загартованих високовуглецевих Fe-Al- сплавів еволюцію орієнтацій -мартенситу, зміну структури та властивостей, які спостерігаються при нешвидкісних режимах термічного впливу. Показано, що мартенсит у зразках, які піддавалися дії імпульсного лазерного випромінювання стійкіший до розпаду при відпуску, ніж мартнсит у зразках, які такій дії не піддавалися.

Ключові слова: аустеніт, мартенсит, К-фаза, орієнтаційні співвідношення, структура, властивості.

 

 

I. Ye. Gnatyuk. Crystaline changes of structure on the initial stages of tempering of the martensite of highcarbon Fe-Al alloys.

Thesis for a Candidate's degree on speciality 01. 04. 13 – Physics of Metals. – National Scientific Centre Kharkiv Physic-Technical Institute, Kharkiv, 2002.

In work is shown, that a variety and the features crystaline changes of structure in conditions of external thermal influences on highcarbon Fe-Al alloys are determined by presence in crisalline lattice of austenite of atoms of replacement (aluminium), atoms of introduction (carbon), cogerence particles ordered carbide phase (K-phase), and also para- or ferromagnetic condition of K-phase until martensite transformation. By the matrix analysis are simulated cristalline changes of a crystal lattice of martensite at  transformation. Is established, that the listed above factors determine, also, changes of some physical characteristics of Fe-Al-C alloys at low temperatures tempering. Is determined, that the action of pulse laser radiation enables to fix in a surface layer of samples of hardened highcarbon Fe-Al alloys evolution of orientation of the a-martensite, change of structure and properties, which are observed at not high-speed modes of thermal influence.

Is shown, that martensite in samples subject to influence of pulse laser radiation more stable to disintegration at tempering, then in samples, which were not exposed to such influence.

Key words: austenite, martensite, K-phase, orientation relation, structure, properties.

 

Гнатюк И. Е. Кристаллоструктурные изменения на начальных этапах отпуска мартенсита высокоуглеродистых Fe-Al-сплавов. Диссертация в виде рукописи на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Специальность 01. 04. 13 – физика металлов. Национальный научный центр Харьковский физико-технический институт, г. Харьков, 2002 г.

Работа посвящена изучению строения и свойств высокоуглеродистых Fe-Al-сплавов в условиях внешних термических воздействий.

Установлено, что разнообразие и особенности кристалло-структурных изменений в условиях внешних термических воздействий на высокоуглеродистые Fe-Al-сплавы определяются присутствием в кристаллической решетке аустенита атомов замещения (алюминия), атомов внедрения (углерода), изоморфных когерентных частиц упорядоченной карбидной фазы (К-фазы), а также пара- или ферромагнитным состоянием последних до мартенситного превращения. С помощью матричного анализа смоделированы кристаллоструктурные изменения решетки мартенсита при  превращении и установлены закономерности изменения положения полюсов мартенсита относительно полюсов аустенита при изменении степени тетрагональности мартенсита.

С помощью рентгеноструктурного анализа монокисталлических образцов установлено, что когерентность кристаллической решетки К-фазы с кристаллической решеткой остальных фазовых составляющих, а также магнитное состояние частиц К-фазы до мартенситного превращения определяют разновидность ориентационных соотношений -мартенсита и остаточного аустенита.

Установлено, что физическая природа образования 48 ориентаций

-мартенсита в закаленных высокоуглеродистых Fe-Al-сплавах связана с пара-ферромагнитным переходом в частицах К-фазы. Наличие ферромагнитных когерентных включений К-фазы в аустените определяет преобразование его ГЦК-кристаллической решетки в ОЦТ-кристаллическую решетку -мартенсита с образованием 48 (24+24) ориентаций мартенсита, 24 из которых отвечают ОС Г-Т, другие 24 им двойниковые.

При нагревании выше -100°С монокристаллических образцов, которые имеют 48 (24+24) ориентации мартенсита, происходит обратное ферро-парамагнитное превращение в когерентных частицах К-фазы и исчезновение в них магнитной анизотропии. Это приводит к уменьшению когерентных искажений внутри мартенситных кристаллов, а также к образованию в них микродвойников, ориентация которых антисимметричная уже существующим мартенситным ориентациям.

Ось с в микродвойниках, которые имеют одни варианты двойникования, становится параллельной к осям а или в матричных двойников, которые имеют другие варианты в системе двойникования {112}<111>. При этом степень тетрагональности -мартенсита снижается.

В результате мартенситного  превращения в монокриталлах одной системы Fe-Al-C получен мартенсит, соответствующий ОС Курдюмова-Закса, ОС Гренингера-Трояно и ОС Нишиямы, что подтверждает результаты математического моделирования изменеий структуры при мартенситном превращении. Показана эволюция ориентаций мартенсита на начальных этапах низкотемпературного отпуска.

Установлено, что возрастание в сплаве объема К-фазы и увеличение в ней степени атомного порядка приводит к уменшению температурного коэфициента електрического сопротивления. Изломы термических кривых R/R (T) при 173, 500 и 700К связаны: первый – с ферро-парамагнитным переходом в частицах К-фазы и уменшением упругих искажений в кристаллах мартенсита, второй и третий – с распадом соответственно -мартенсита и аустенита, при которых увеличивается общее количество упорядоченной карбидной фазы в сплавах.

Показано, что изменение твердости и коэрцитивной силы в закаленных высокоуглеродистых Fe-Al-сплавах при низкотемпературном отпуске кореллируют с получеными на монокристалллических образцах рентгенографическими данными об изменеиях в структуре мартенсита на начальных этапах его распада.

Установлено, что действие импульсного лазерного излучения дает возможность зафиксировать в приповерхностном слое образцов закаленных высокоуглеродистых Fe-Al сплавов эволюцию ориентаций -мартенсита, изменение структуры и свойств, которые наблюдаются при нескоростных режимах термического воздействия. При многократном импульсном лазерном облучении образцов формирование послойной структуры зоны оплавления обусловлено восходящей диффузией атомов углерода к обрабатываемой поверхности.

Показано, что мартенсит в образцах, подверженных воздействию импульсного лазерного излучения более устойчив к распаду при отпуске, чем мартенсит в образцах, которые такому воздействию не подвергались.

Ключевые слова: аустенит, мартенсит, К-фаза, ориентационные соотношения, структура, свойства.