Формирование дополнительной реечной компоненты бейнитного феррита Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 536.424.1

ФОРМИРОВАНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ РЕЕЧНОЙ КОМПОНЕНТЫ БЕЙНИТНОГО ФЕРРИТА

© М.П. Кащенко, К.Н. Джемилев, И.Ф. Латыпов, В.Г. Чащина

Ключевые слова: бейнитный феррит; динамическая теория; деформация с инвариантной плоскостью. Исследуются упругие поля вероятных дислокационных центров зарождения реечных компонент, наблюдающихся в макропластинах бейнитного феррита. Показано, что дополнительной компоненте с габитусом {774}у можно сопоставить управляющий волновой процесс, несущий пороговую деформацию с инвариантной плоскостью.

Бейнитное превращение в сталях относят к промежуточному типу [1]. Тем не менее, применительно к морфологическим признакам реечных компонент бей-нита и мартенсита кроме подобия форм кристаллов (и габитусов, близких к {НН1}У типу) наблюдается и сходство в появлении поверхностного рельефа, свидетельствующее о формировании макросдвига в области реечного кристалла, а также межфазных ориентационных соотношений. Наличие указанных однозначно связанных между собой морфологических признаков типично для кооперативного варианта превращения по мартен-ситному механизму [2], поэтому имеются основания рассматривать реечные компоненты бейнита как кристаллы, формирующиеся (по крайней мере, на первом этапе) по механизму, аналогичному случаю реек пакетного мартенсита. Имеется, однако, и отличие между пакетным реечным мартенситом и макропластиной бейнитного феррита. В пределах одного пакета, согласно [3], все габитусы кристаллов близки к ориентации {557} т, тогда как в структуре макропластин бей-нитного феррита для низкоуглеродистого исходного состава аустенита присутствуют субрейки с двумя различающимися габитусами [4], т. е. композиция реечных кристаллов имеет бимодальный характер. Один из габитусов {558}т близок к ориентации {557}т, типичной для мартенсита. Второй же габитус, согласно [5], близок к {0,663 0,649 0,373}, или, в приближении малых целочисленных индексов, соответствует {774}.

Считается, что рост отдельных реек идет со сверхзвуковой скоростью в соответствии с динамическим механизмом управления [6-8], а при длительных (сравнительно со временем скачка) паузах идет подготовка новых мест для зарождения и формирование карбидов [9].

В [10, 11] были предложены возможные сценарии появления дополнительной реечной составляющей в макропластине бейнитного феррита. Первый сценарий предполагает реализацию того же самого варианта роста, что и для основной компоненты, но в пластинчатой области аустенита с двойниковой ориентацией решетки по отношению к исходной ориентации. Второй сценарий связан с модификацией упругого поля дислокационного центра зарождения (ДЦЗ) упругим сжатием со стороны возникшей на предшествующем

этапе рейки основной компоненты. Третий сценарий, появившийся в ходе первичного анализа результатов расчета упругого поля ДЦЗ кристонного типа [9], сопоставлял область старта кристаллов с габитусами {774}т, с экстремумом относительного изменения объема. Однако в этом случае новый габитус не составляет наименьший из возможных углов с габитусом {558} т основной компоненты макропластины бейнитного феррита (индексы Миллера на соответственных позициях не имеют одинаковых знаков). Подобное расширение спектра ориентировок резко контрастирует с закономерностями для пакетного мартенсита и, по-видимому, не соответствует реальному распределению компонент в бейнитном феррите (рис. 1).

Рис. 1. Область пластины бейнитного феррита с бимодальным составом субреек (выделена белым цветом) - фрагмент рис. 2.3 из [4]

Поэтому в данной работе мы приведем данные анализа упругих полей кристонных носителей сдвига, акцентируя внимание не только на экстремумах собственных чисел тензора деформаций, но и на условии реализации кристаллов, старт волнового роста которых происходит в областях локализации упругих полей ДЦЗ с деформацией, обладающей инвариантной плоскостью. Так же, как и в [8], анализировалось поле комбинации петель, моделирующих сдвиг сдвига с величиной tgY по плоскости (558)т (рис. 2).

1605

[558],

[110] [8810]т

Рис. 2. Дислокационной модели кристона - носителя простого сдвига [8]

Напомним, что деформации с инвариантной плоскостью соответствует различие знаков у двух главных дефомаций и строгое равенство нулю третьей деформации. Анализировавшиеся случаи упругих полей базисных петель и их суперпозиций соответствовали случаям слабоискаженных плоскостей, когда модуль третьей главной деформации во много меньше, чем значения двух других деформаций.

В качестве модельных при расчете выбирались значения упругих модулей [12] для системы Бе-31,5№ при температуре T = 673 К С1^ = 0,2508; О = 0,0271; C44 = 0,1034 (в ТПа). Цилиндрическая система координат выбиралась так же, как и в [8] (рис. 3).

Рис. 3. Выбор системы координат

Ориентации направлений векторов на рис. 3 легко устанавливаются при сопоставлении с рис. 2. Приведем данные расчета волновой нормали ^ к ожидаемой габитусной плоскости по методике [6-8], использующей в качестве единичных нормалей управляющей пары волновых пучков направления собственных векторов тензора деформаций упругого поля ДЦЗ в области старта с координатами Ъ, Я, 0. В частности, при Ъ = 0, Я = 2000 (в единицах параметра решетки) условие существования инвариантной плоскости выполняется и приводит к ориентации ^ ||[0,66704 0,66704

0,33184]у, близкой к [221 ]т Заметим, что для 0 = 112°

имеем Nw||[0,65566 0,65566 0,37444]Y, практически совпадающую с [774]Y.

Таким образом, наряду с обсуждавшимися ранее сценариями заслуживает внимания еще один. Слабость этого сценария - существенный разворот собственных векторов тензора деформации по отношению к осям симметрии аустенита, что снижает эффективность деформации для реализации бейновского механизма, обеспечивающего максимальную скорость превращения. Учитывая фактор скорости превращения, предпочтение следует отдать первому сценарию.

ЛИТЕРАТУРА

1. Блантер М.Е. Фазовые превращения при термической обработке стали. М.: Металлургиздат, 1962. 270 с.

2. Курдюмов Г.В., Утевский Л.М., Энтин Р.И. Превращения в железе и стали. М.: Наука, 1977. 240 с.

3. Счастливцев В.М., Родионов Д. А. Стальные монокристаллы. Екатеринбург: УрО РАН, 1996. 275 с.

4. Bhadeshia H.K.D.H. Bainite in steels. 2nd ed. L.: University Press. Cambridge, 2001. 454 p.

5. Sandvik B.P.J. The bainite reaction in Fe-Si-C Alloys: The primary stage // Metall. Trans. A. 1982. V. 13. P. 777-787.

6. Кащенко М.П., Чащина В.Г. Динамическая модель сверхзвукового роста мартенситных кристаллов // УФН. 2011. Т. 181. № 4. С. 341-364.

7. Кащенко М.П., Чащина В.Г. Формирование мартенситных кристаллов в предельном случае сверхзвуковой скорости роста // Письма о материалах. 2011. Т. 1. С. 7-15.

8. Кащенко М.П. Волновая модель роста мартенсита при у-a превращении в сплавах на основе железа. 2-е изд., испр. и доп. Москва; Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика»; Ижевский институт компьютерных исследований, 2010. 280 с.

9. КащенкоМ.П., Чащина В.Г. Оценка эффективной скорости роста пластины бейнитного феррита в динамической теории // ФММ. 2013. Т. 114. № 3. С. 290-296.

10. Кащенко М.П., Джемилев К.Н., Чащина В.Г. Возможные сценарии формирования бимодального состава субреек в макропластине бейнитного феррита в динамической теории // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2012. Т. 9. № 1. С. 452-458.

11. Кащенко М.П., Джемилев К.Н., Чащина В.Г. Упругие поля кристонов при формировании реечной структуры бейнитного феррита // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. № 1. DOI: 10.7463/0113.0529309.

12. Haush G., Warlimont H. Single crystalline elastic constants of ferromagnetic centered cubic Fe-Ni invar alloys // Acta Met. 1973. V. 21. № 4. P. 400-414.

БЛАГОДАРНОСТИ:

1. Авторы благодарны участникам X Международного Уральского Семинара «Радиационная физика металлов и сплавов» (2013 г. г. Кыштым, Россия) за обсуждение результатов.

2. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 11 -08-96020).

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Kashchenko M.P., Dzhemilev K.N., Latypov I.F., Chashchi-na V.G. FORMATION OF ADDITIONAL COMPONENTS OF BAINITIC FERRITE

The elastic fields of possible dislocation nucleation centers of lath components observed in the macro bainitic ferrite plates are studied. It is shown that an additional component with the habit plane {774}T we can associate with the controlling wave process carrying the threshold deformation with an invariant plane.

Key words: bainitic ferrite; dynamic theory; invariant-plane deformation.

1606