К вопросу о природе мартенситообразования в углеродистых сталях
Анализ характерных признаков мартенситообразования в углеродистых сталях даёт основание считать мартенсит метастабильной структурной составляющей, возникающей в результате протекания в аустените, переохлажденном ниже точки Мн, бездиффузионной релаксации термоупругих напряжений сдвигом, сопровождаемо...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Успехи физики металлов |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2011
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98164 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | К вопросу о природе мартенситообразования в углеродистых сталях / С.П. Ошкадёров // Успехи физики металлов. — 2011. — Т. 12, № 2. — С. 269-293. — Бібліогр.: 29 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859745763690545152 |
|---|---|
| author | Ошкадёров, С.П. |
| author_facet | Ошкадёров, С.П. |
| citation_txt | К вопросу о природе мартенситообразования в углеродистых сталях / С.П. Ошкадёров // Успехи физики металлов. — 2011. — Т. 12, № 2. — С. 269-293. — Бібліогр.: 29 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Успехи физики металлов |
| description | Анализ характерных признаков мартенситообразования в углеродистых сталях даёт основание считать мартенсит метастабильной структурной составляющей, возникающей в результате протекания в аустените, переохлажденном ниже точки Мн, бездиффузионной релаксации термоупругих напряжений сдвигом, сопровождаемой одновременной генерацией акустических волн и тепловыделением. Точка начала мартенситообразования Мн является температурой, при охлаждении до которой термоупругие напряжения, обусловленные высоким коэффициентом термического расширения аустенита при закалке, оказываются соизмеримыми с упругими свойствами аустенита, охлаждённого до той же температуры. Мартенситообразование является фазовым переходом второго рода, что находится в полном согласии со взглядами С. С. Штейнберга на его механизм. Следует разделять мартенситы в сталях с углеродом и мартенситы в безуглеродистых сплавах с элементами внедрения. Сходные по генезису, они существенно отличаются по механизму приближения к равновесному состоянию при нагреве. Обратимость, существование гистерезиса при прямом и обратном переходах, эффект памяти формы, сверхупругость и др., которые реализуются повсеместно в сплавах замещения, в углеродистом мартенсите принципиально невозможны.
Аналіз характерних ознак мартенситоутворення у вуглецевих сталях дозволяє вважати мартенсит метастабільною складовою, яка виникає в результаті перебігу в аустеніті, переохолодженому нижче точки Мн, бездифузійної релаксації зсувом термопружніх напружень, яка супроводжується одночасною ґенерацією акустичних хвиль та тепловиділенням. Точка початку мартенситоутворення Мн є температурою, при охолодженні до якої термопружні напруження, які зумовлені високим коефіцієнтом термічного розширення аустеніту при гартуванні, сягають такої ж величини, як і пружні властивості аустеніту, охолодженого до тієї ж температури. Мартенситоутворення є фазовим переходом другого роду, що відповідає поглядам С. С. Штейнберґа на його механізм. Можна розділити мартенсити в сталях з вуглецем та мартенсити в стопах з елементами втілення. Подібні за ґенезисом, вони істотно відрізняються за механізмами наближення до рівноважного стану при нагріванні. Зворотність, існування гістерези при прямому та зворотньому переходах, ефект пам’яті форми, надпружність та ін., які завжди реалізуються у стопах заміщення, у вуглецевому мартенситі є принципово неможливими.
The analysis of features of martensite formation in carbon steels allows assuming that the martensite is the metastable structural constituent arising as a result of diffusionless relaxation of thermoelastic stresses by a shift, which is accompanied by both the simultaneous generation of acoustic waves and the heat-evolution, in an austenite supercooled below the Mn point. A point of beginning of martensite formation, Mn, under cooling is a temperature, below which the thermoelastic stresses conditioned by the high coefficient of thermal expansion of austenite under quenching are commensurable with elastic properties of austenite cooled to the same temperature. Martensite formation is a phase transition of the second kind that is in a complete agreement with S. S. Shteynberg ideas. It is necessary to distinct the martensites in steels with a carbon and the martensites in carbon-free alloys with the interstitial components. They are similar in genesis, but substantially differ by the mechanism of approaching to the equilibrium state under heating. Reciprocity, presence of hysteresis in direct and reverse transitions, shape memory effect, hyperelasticity etc. are realized everywhere in the substitutional alloys, but in a carbon martensite they are impossible in principle.
|
| first_indexed | 2025-12-01T21:37:58Z |
| format | Article |
| fulltext |
269
PACS numbers: 61.66.Dk, 62.20.fg,62.80.+f,64.70.kd,65.40.De,81.30.Kf, 83.60.Rs
К вопросу о природе мартенситообразования
в углеродистых сталях
С. П. Ошкадёров
Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины,
бульв. Акад. Вернадского, 36,
03680, ГСП, Киев-142, Украина
Анализ характерных признаков мартенситообразования в углеродистых
сталях даёт основание считать мартенсит метастабильной структурной
составляющей, возникающей в результате протекания в аустените, пере-
охлажденном ниже точки Мн, бездиффузионной релаксации термоупру-
гих напряжений сдвигом, сопровождаемой одновременной генерацией
акустических волн и тепловыделением. Точка начала мартенситообразо-
вания Мн является температурой, при охлаждении до которой термоупру-
гие напряжения, обусловленные высоким коэффициентом термического
расширения аустенита при закалке, оказываются соизмеримыми с упру-
гими свойствами аустенита, охлаждённого до той же температуры. Мар-
тенситообразование является фазовым переходом второго рода, что нахо-
дится в полном согласии со взглядами С. С. Штейнберга на его механизм.
Следует разделять мартенситы в сталях с углеродом и мартенситы в
безуглеродистых сплавах с элементами внедрения. Сходные по генезису,
они существенно отличаются по механизму приближения к равновесному
состоянию при нагреве. Обратимость, существование гистерезиса при
прямом и обратном переходах, эффект памяти формы, сверхупругость и
др., которые реализуются повсеместно в сплавах замещения, в углероди-
стом мартенсите принципиально невозможны.
Аналіза характерних ознак мартенситоутворення у вуглецевих сталях
дозволяє вважати мартенсит метастабільною складовою, яка виникає в
результаті перебігу в аустеніті, переохолодженому нижче точки Мн, без-
дифузійної релаксації зсувом термопружніх напружень, яка супроводжу-
ється одночасною ґенерацією акустичних хвиль та тепловиділенням. То-
чка початку мартенситоутворення Мн є температурою, при охолодженні
до якої термопружні напруження, які зумовлені високим коефіцієнтом
термічного розширення аустеніту при гартуванні, сягають такої ж вели-
чини, як і пружні властивості аустеніту, охолодженого до тієї ж темпера-
тури. Мартенситоутворення є фазовим переходом другого роду, що відпо-
відає поглядам С. С. Штейнберґа на його механізм.Можна розділити мар-
Успехи физ. мет. / Usp. Fiz. Met. 2011, т. 12, сс. 269—293
Оттиски доступны непосредственно от издателя
Фотокопирование разрешено только
в соответствии с лицензией
© 2011 ИМФ (Институт металлофизики
им. Г. В. Курдюмова НАН Украины)
Напечатано в Украине.
270 С. П. ОШКАДЁРОВ
тенсити в сталях з вуглецем та мартенсити в стопах з елементами втілен-
ня. Подібні за ґенезисом, вони істотно відрізняються за механізмами на-
ближення до рівноважного стану при нагріванні. Зворотність, існування
гістерези при прямому та зворотньому переходах, ефект пам’яті форми,
надпружність та ін., які завжди реалізуються у стопах заміщення, у вуг-
лецевому мартенситі є принципово неможливими.
The analysis of features of martensite formation in carbon steels allows assum-
ing that the martensite is the metastable structural constituent arising as a
result of diffusionless relaxation of thermoelastic stresses by a shift, which is
accompanied by both the simultaneous generation of acoustic waves and the
heat-evolution, in an austenite supercooled below the Mn point. A point of be-
ginning of martensite formation, Mn, under cooling is a temperature, below
which the thermoelastic stresses conditioned by the high coefficient of thermal
expansion of austenite under quenching are commensurable with elastic prop-
erties of austenite cooled to the same temperature. Martensite formation is a
phase transition of the second kind that is in a complete agreement with S. S.
Shteynberg ideas. It is necessary to distinct the martensites in steels with a
carbon and the martensites in carbon-free alloys with the interstitial compo-
nents. They are similar in genesis, but substantially differ by the mechanism
of approaching to the equilibrium state under heating. Reciprocity, presence of
hysteresis in direct and reverse transitions, shape memory effect, hyperelastic-
ity etc. are realized everywhere in the substitutional alloys, but in a carbon
martensite they are impossible in principle.
Ключевые слова: мартенситообразование, релаксация термоупругих
напряжений, твёрдые растворы внедрения и замещения.
(Получено 15 мая 2010 г.)
1. ВВЕДЕНИЕ
Поводом для подготовки данной публикации послужило восьмидеся-
тилетие со дня выхода работы Курдюмова—Закса, посвященной опре-
делению ориентационных соотношений между аустенитом и мартен-
ситом [1], что подвело некую черту под многочисленными исследова-
ниями в области термической обработки сталей, которые в СССР
наиболее плодотворно проводились в 20-е и 30-е годы уральской шко-
лой металлофизиков и термистов. Тем самым был перейден рубеж, за
которым эмпирический поиск путей совершенствования методов
термического упрочнения сталей стал все более наполняться теорети-
ческой составляющей, ускорившей движение на пути реализации
экспериментально накопленных знаний в творческое их осмысление
при получении реального выхода в виде новых технологий. Тем са-
мым имя Г. В. Курдюмова вошло, наряду с именем С. С. Штейнберга
и его школой, в число создателей новой отрасли знаний, а именно фи-
зической металлургии, которая в нашей стране получила название
К ВОПРОСУ О ПРИРОДЕ МАРТЕНСИТООБРАЗОВАНИЯ В СТАЛЯХ 271
металлофизики. Напомним, что первый в мире Институт физической
металлургии (металлофизики) был основан Барретом и Мейлем в
1926 г., с которыми Г. В. Курдюмова в послевоенные годы связывали
добрые отношения. О вкладе Г. В. Курдюмова в науку о металлах
написано много работ. Следует отметить два важных следствия, вы-
текающих из его исследований и работ других авторов.
Первое является результатом наблюдения рентгеновскими мето-
дами за обязательным проявлением ориентационных соотношений
между исходными и новыми структурными составляющими в ста-
лях и сплавах замещения, тогда как в сплавах с элементами внедре-
ния, вследствие влияния диффузионных процессов, строгая кри-
сталлогеометрическая связь между структурами соблюдается не все-
гда. Это наблюдение не осталось без внимания и впоследствии легло в
основу самостоятельного сегмента металлофизики, развитого В. Н.
Гридневым с сотрудниками, а именно физики метастабильных со-
стояний в сталях, формируемых путем управления механизмом и
кинетикой, контролируемых диффузией фазовых и структурных
неравновесных превращений в сталях и сплавах [2].
Второе следствие, вытекающее из работ уральских ученых и Г. В.
Курдюмова, а именно, вывод о том, что высокопрочные состояния в
металлах обусловлены их метастабильностью, получило дальней-
шее развитие в работах украинских металлофизиков, теоретиче-
ские и лабораторные исследования которых были воплощены в но-
вые технологии скоростной электротермической обработки и обо-
рудование для их реализации при выпуске широкой номенклатуры
специзделий из сталей и титановых сплавов в ряде отраслей про-
мышленности [2—4].
2. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
Продуктивное воображение, сформулированное на основе резуль-
татов проведенных ранее лабораторных исследований, и новые зна-
ния о возможностях процессов скоростного нагрева и охлаждения и
их влияния на свойства сталей и сплавов позволили привести к ма-
териализации теоретических моделей, логических схем и гипотез в
виде реальной товарной продукции [5].
Заметим, что Г. В. Курдюмов проявлял постоянный интерес к
проводимым под руководством В. Н. Гриднева в Институте метал-
лофизики АН УССР работам в области метастабильных превраще-
ний в металлах, которые, в свою очередь, в соответствии с требова-
ниями жанра, затрагивали многие стороны проблемы структурных
превращений, связанной с мартенситообразованием. Так, напри-
мер, можно отметить разработку технологии термоупрочнения с
использованием эффекта неполной гомогенизации или бездефор-
мационной закалки с регулируемым распадом переохлажденного
272 С. П. ОШКАДЁРОВ
аустенита воздушнозакаливаемых конструкционных сталей, его
стабилизации при закалке и многое другое. Использованный при
этом в исследованиях метод комплексной регистрации структурно-
чувствительных характеристик в процессе быстрого изменения
температур при нагреве и охлаждении [2] позволил существенно
расширить знания о природе твердофазных превращений, сопро-
вождающих процессы термической обработки.
В частности, это позволило наблюдать за многими сторонами яв-
ления образования мартенсита при охлаждении по разным схемам
и его распада после скоростного нагрева с различными скоростями
до разных температур отпуска. Эти наблюдения дали повод поста-
вить под сомнение и пересмотреть ряд положений так называемой
«термодинамической теории мартенситообразования», связанной с
именем О. П. Максимовой. Чтобы разрешить спорный в некотором
роде вопрос, напомним, что в течение многих десятилетий для изу-
чения мартенситообразования были использованы статические
инерционные методы металлографии и магнитометрии, примени-
мость которых оправдана только для определения общего количе-
ства мартенситных структур в зависимости от температуры охла-
ждения ниже точки начала мартенситообразования Мн и описания
его морфологии, но малоинформативные в отношении возможности
понимания его механизма.
В частности, особенности упомянутых инерционных методов ис-
следования ограничили выбор изучаемых сталей безуглеродистыми
высоколегированными, имеющими температуру начала мартенси-
тообразования, которая близка к комнатной. Это позволяло охла-
ждением до разных температур менять количества мартенситной
составляющей в структурах закалки. В результате этих же ограни-
чений подавляющее большинство исследований явления мартенси-
тообразования в работах Г. В. Курдюмова с сотрудниками было
проведено преимущественно на бронзах, а также высоконикелевых
сталях с характерными ориентационными соотношениями Гренин-
гера—Трояно или Нишиямы, а не Курдюмова—Закса, определенных
для сталей с углеродом.
Основной интерес в этих исследованиях уделялся кристаллогео-
метрии мартенситообразования и влиянию различных внешних
факторов на нее. Описание этих работ обстоятельно сделано в не-
давно вышедшей монографии В. А. Лободюка и Э. И. Эстрина [6].
Вместе с тем, собственно механизму мартенситообразования по-
священо мало исследований, что связано, по-видимому, с тем, что
причиной и источником их ограничения послужило утверждение
Г. В. Курдюмова, впоследствии растиражированное многими, о
том, что «… мартенситное превращение есть явление термическое и
должно подчиняться общим законам фазовых превращений. Дви-
жущая сила превращения определяется разностью свободных энер-
К ВОПРОСУ О ПРИРОДЕ МАРТЕНСИТООБРАЗОВАНИЯ В СТАЛЯХ 273
гий при данном переохлаждении ниже Т0 или перегреве выше Т0.
Напряжения не являются фактором, обуславливающим мартен-
ситное превращение, однако существенно влияют на кинетику пре-
вращения» [7]. Ю. А. Осипьян, в частности, утверждал: «Г. В. Кур-
дюмов показал, что мартенситное превращение есть обычное тер-
мическое фазовое превращение. Его скорость, то есть кинетика, как
и любого химического процесса, зависит от температуры» [8].
Приведенные выше цитаты отражают концептуальное видение
ближайшими сотрудниками Г. В. Курдюмова мартенситообразова-
ния как типичного в общих чертах фазового превращения первого
рода. Доказательной базой этому послужили, в основном, не сво-
бодные от критики исследования О. П. Максимовой и ряда других
авторов. Вследствие того, что толкование полученных ими результа-
тов пришлось на время, когда накопленного экспериментального ма-
териала было явно недостаточно для полного освещения всей карти-
ны, пришлось сделать ряд допущений и использовать широкий
набор разных малообоснованных схем и моделей, по нашему мне-
нию, ошибочно описывающих механизм мартенситообразования.
Цель настоящей работы – попытка вернуться к теории С. С.
Штейнберга, как альтернативной «термодинамической» гипотезе,
и рассматривать процесс мартенситообразования следствием разви-
тия многостадийных явлений релаксации термоупругих напряже-
ний, вызванных закалкой. При подготовке данной публикации
возникли некоторые ограничения этического характера, поскольку
автор всегда испытывал благосклонное отношение к себе со стороны
Г. В. Курдюмова, который передал ему в 1985 г. копии всех своих
работ, был знаком со многими его ближайшими сотрудниками, от-
носящимися к московской школе, и всеми исследователями из Ин-
ститута металлофизики НАН Украины, объединившимися возле
Л. И. Лысака и Л. Г. Хандроса. По этой причине в ссылках на цити-
руемые их работы здесь будут упоминаться фамилии лишь тех со-
трудников, непосредственные экспериментальные результаты ко-
торых будут предметом обсуждения. Многих из них уже нет. По-
этому для безответных критических замечаний автора к их публи-
кациям уместно было найти оправдание. Им явилась позиция само-
го Г. В. Курдюмова, который писал: «Невиданные ранее масштабы
научных исследований, усложнение теории, применение различ-
ных, иногда весьма сложных методов часто мешают проследить
связь между выводами теории и практикой. Нельзя рассматривать
любую научную теорию, в том числе и металловедческую, как сово-
купность рецептов, позволяющих непосредственно решать те или
иные практические задачи. Отвлекаясь от частностей, открывая
наиболее общие закономерности, теория создает систему научных
представлений и служит руководством в практической работе ис-
следования и технологии» [9]. Аналогичный взгляд, отражающий
274 С. П. ОШКАДЁРОВ
мировоззрение Г. В. Курдюмова и его школы на науку, выразил
один из ближайших его сотрудников А. Л. Ройтбурд: «Физический
подход требует способности видеть связь между явлением в целом и
его деталями, чтобы исследование деталей не заслонило видения
целого. Поэтому физическая интуиция, которая является продук-
том высокой научной культуры – необходимый элемент этого под-
хода. Отличительной особенностью научного поиска служит пони-
мание сущности явления, которое может быть и должно быть вы-
ражено ясно и в простой форме» [10].
Решение задачи, поставленной в настоящей работе, было бы
весьма сложным, если бы не упомянутая выше монография В. А.
Лободюка и Э. И. Эстрина [6], а также монография Л. И. Лысака и
Б. И. Николина [11], в которых обобщен и систематизирован боль-
шой объем экспериментальных работ, охватывающих знания о
мартенситообразовании, накопленные за истекшие восемь десятков
лет, и отражающих разные взгляды на природу мартенсита. Вместе
с тем, наряду с этими работами и публикациями Г. В. Курдюмова и
его сотрудников, здесь использованы некоторые выводы из работ
харьковских физиков школы И. М. Лифшица, а именно Р. И. Гар-
бера, А. М. Косевича, В. С. Бойко и др., давших обстоятельное опи-
сание роли явления упругости при двойниковании, термоупругого
равновесия при двойниковании и мартенситообразовании и т.п.
[12]. Это позволило снять с рассмотрения ряд вопросов, возникших
в результате намерений отнести явление мартенситообразования к
одной, пусть и специфической, форме фазовых превращений и рас-
сматривать его как фазовый переход первого рода [17].
3. БАЗОВЫЕ ПОСТУЛАТЫ МАРТЕНСИТООБРАЗОВАНИЯ
Образование мартенситных структур является следствием релакса-
ции термоупругих напряжений, возникающих при быстром охла-
ждении аустенита сталей или высокотемпературных фаз в бронзах
и латуни при закалке. Первые работы, посвященные изучению ре-
лаксационных процессов, были связаны с влиянием концентрации
легирующих элементов на морфологию мартенсита в сталях. Нача-
ло этих исследований отечественными и зарубежными учеными
можно отнести к 20 годам прошлого века и продолжение практиче-
ски до его окончания. Не имея возможности по причине их много-
численности остановиться на описании деталей этих работ, сосре-
доточимся на тех из них, которые наиболее выразительно утвер-
ждают концепцию о мартенсите как продукте релаксации термо-
упругих напряжений, взяв за основу углеродистые стали. К спла-
вам на основе цветных металлов для подтверждения ряда выдвига-
емых тезисов следует обращаться только в случаях возможного
корректного их сравнения со сталями. Здесь имеется в виду то, что
К ВОПРОСУ О ПРИРОДЕ МАРТЕНСИТООБРАЗОВАНИЯ В СТАЛЯХ 275
основные исследования мартенситных структур выполнены, в ос-
новном, на безуглеродистых сталях, легированных элементами за-
мещения, а также сплавах на основе меди, легированных алюмини-
ем, оловом, цинком, никелем и др. или с добавлением третьего эле-
мента. Наиболее изученными оказались сплавы эвтектоидного со-
става. Стали с фазами внедрения, образуемыми углеродом или азо-
том, представляющие наиболее распространенный класс конструк-
ционных термоупрочняемых материалов, как объект сравнения с
бронзами и латунями, не могут повсеместно быть использованы.
Тем не менее, имеется ряд характерных особенностей в структуре
мартенсита всех изученных сталей и сплавов, которые можно кор-
ректно объединить и объяснить в рамках развитой С. С. Штейнбер-
гом релаксационной модели мартенситообразования. В частности,
речь может идти о двойниковании мартенсита как одной из стадий
протекания процессов релаксации термоупругих напряжений, воз-
никающих при закалке.
В научной и учебной литературе описано влияние содержания угле-
рода на изменение тетрагональности мартенсита, которое связывают с
уровнем возникших при закалке упругих напряжений. Металлогра-
фические исследования, выполненные с использованием световой и
электронной микроскопии, позволили проследить за изменением
морфологии мартенситных структур при повышении содержания уг-
лерода. Закалка малоуглеродистого аустенита приводила к получению
мартенсита, который определялся как игольчатый или дислокацион-
ный. При высокой концентрации углерода в стали эвтектоидного и
заэвтектоидного состава закалкой формируется мартенсит в виде дво-
яковыпуклой линзы с мидрибом, видимой в поле шлифа в форме иглы,
размеры которой заметно больше сечения иглы мартенсита малоугле-
родистой стали. Характерным признаком высокоуглеродистого мар-
тенсита является его двойникование, давшего ему это название. Ши-
рина иглы двойникованного мартенсита больше при появлении пер-
вых игл и уменьшается при возникновении в еще нераспавшемся
аустените после снижения температуры ниже точки Мн игл последу-
ющей генерации. Это обусловлено стабилизацией претерпевшего ча-
стичное мартенситообразование оставшегося аустенита после сниже-
ния его температуры ниже точки Мн. Содержание углерода в гомоген-
ном аустените определяет положение температуры начала мартенси-
тообразования Мн, которая понижается по мере увеличения концен-
трации углерода и легирующих элементов. В результате изменения
концентрации и температуры меняется общий уровень упругих
напряжений и морфология возникающего в результате их релаксации
мартенсита. Нужно иметь в виду и то обстоятельство, что все возмож-
ные характерные для углеродистых сталей мартенситные структуры
от игольчатого малоуглеродистого до высокоуглеродистого двойнико-
ванного мартенсита можно видеть в едином поле шлифа закаленной
276 С. П. ОШКАДЁРОВ
доэвтектоидной стали, термоупрочняемой с использованием эффекта
неполной гомогенизации в технологических схемах скоростной элек-
тротермической обработки [2]. Соотношение полей, занимаемых
игольчатым и двойникованным мартенситами, в поле шлифа оказыва-
ется следствием формирующегося концентрационного профиля рас-
пределения углерода в негомогенном аустените. Поскольку распреде-
ление углерода определяется кинетикой транспорта углерода, движу-
щегося от карбида через аустенит в сторону феррита к границе α→γ-
превращения, то распределение углерода в получаемом при быстром
нагреве аустените будет зависеть от градиента его концентрации меж-
ду фронтом α→γ-превращения и в аустените на границе с цементитом.
Это обусловлено тем, что скорость фазовой перекристаллизации фер-
ритной матрицы при быстром нагреве заметно опережает скорость
контролируемого диффузией углерода процесса выравнивания кон-
центрации в соответствии с требованием равновесной диаграммы со-
стояния железо—углерод. Ясно, что такие факторы как исходная
структура, скорость и температура нагрева будут определять форму и
модуляцию минимумов и максимумов распределения углерода в него-
могенном аустените [2, 3]. В свою очередь, при закалке на мартенсит
эти перепады концентрации будут определять картину распределения
малоуглеродистого игольчатого и высокоуглеродистого двойникован-
ного мартенситов. Приведенные выше экспериментальные факты не
дают веских оснований рассматривать мартенсит как самостоятель-
ную стабильную фазу в рамках определения этого понятия в «термо-
динамической» модели, но позволяют говорить о мартенсите как оче-
видном продукте релаксационных процессов, делая акценты на спе-
цифике их протекания в пересыщенных твердых растворах с элемен-
тами внедрения и твердых растворах с элементами замещения, разде-
ляя их. Тем не менее, в обоих случаях процессы релаксации, одной из
форм проявления которых является мартенситообразование, полно-
стью не завершаются во всех сплавах. Эти процессы неравновесны, и
релаксация по одному из параметров, в данном случае мартенситооб-
разованием, потенциально может идти по другим, к которым следует
отнести и двойникование в пределах каждой иглы мартенсита. Таким
образом, мартенсит следует рассматривать как метастабильную про-
межуточную фазу на пути движения неравновесной системы в равно-
весное состояние. Мартенсит не является фазой с определенным соста-
вом и физико-механическими свойствами, которые отличают его от
возможных стабильных состояний того же вещества. Он не имеет ми-
нимальный термодинамический потенциал, поэтому на равновесных
диаграммах состояния не могут быть поставлены стационарные кри-
тические точки соответствующего фазового перехода.
Превращения в твердых телах, имеющих кристаллическое стро-
ение, всегда протекают с сохранением определенных кристалло-
геометрических соотношений между фазами, независимо от того,
К ВОПРОСУ О ПРИРОДЕ МАРТЕНСИТООБРАЗОВАНИЯ В СТАЛЯХ 277
являются они равновесными или метастабильными. Методами
рентгеноструктурного анализа было показано, что двойникование
мартенсита происходит по системе {011}<{011}. Среди многочис-
ленных работ, посвященных данной тематике, следует особо выде-
лить исследование В. Е. Данильченко [13], показавшего, что поми-
мо первых двойников, возникающих в мартенсите при закалке ни-
келевой стали с углеродом, появляются двойники, образование ко-
торых обусловлено релаксационными процессами той части упру-
гой энергии, которая осталась после релаксации, связанной соб-
ственно с первичным мартенситообразованием. Протекание такого
дополнительного двойникования обусловлено термически активи-
руемым перемещением атомов углерода по октаэдрическим порам
матричной и двойниковой составляющих мартенситной структуры,
повышая ее упругие свойства [13].
В. Е. Данильченко доказал, что появившиеся при закалке внут-
ренние напряжения частично релаксируют в остаточном аустените
путем образования дополнительных порций мартенсита, приводя к
двойникованию, косвенно подтверждая тем самым «релаксацион-
ную» модель мартенситообразования. Весомым аргументом в пользу
этой модели служит факт наблюдаемого им частичного обратного
превращения мартенсита перед двойникованием, подобно поведению
упругих двойников при частичном снятии внешнего нагружения или
передвойникования при наложении нагрузки с другим знаком [13].
4. ИСТОРИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ МАРТЕНСИТООБРАЗОВАНИЯ
Объем накопленных знаний о мартенситообразовании дает веские
основания для однозначного разделения мартенсита, образующегося
в сплавах внедрения и мартенсита в сплавах замещения. Схожие по
генезису, они принципиально отличаются механизмом перехода
этих метастабильных структурных образований в равновесное состо-
яние. О том, как происходило изменение точки зрения Г. В. Курдю-
мова на природу мартенситообразования с попытками описать ее в
рамках предложенной им универсальной модели, узнать сравни-
тельно просто, проследив за эволюцией его взглядов на явление
1.
Первой опубликованной работой Г. В. Курдюмова [14] явилось
обстоятельное исследование, подтверждающее выводы, сделанные
Н. Я. Селяковым в 1924 г. о мартенсите как твердом пересыщенном
растворе углерода в α-железе. Проведенные на сталях с 0,6 и 0,8%
1
Ссылки на работы зарубежных авторов, выполненных в 20-е и 30-е годы,
и отечественных авторов, чьи публикации были сделаны за рубежом, вви-
ду их труднодоступности, даются с упоминанием фамилий исследовате-
лей, взятых из работ С. С. Штейнберга и Г. В. Курдюмова, относящихся к
соответствующему периоду времени.
278 С. П. ОШКАДЁРОВ
углерода, они подтвердили сделанные ранее Финком и Кэмпбелом
(1926 г.) наблюдения об образовании при закалке сплавов железо-
углерод мартенситных структур с объемноцентрированной тетра-
гональной симметрией, причем, как было показано впоследствии и
другими авторами в стране и за рубежом, отношение параметров
c/a увеличивалось, следуя линейному закону при повышении со-
держания углерода от 0,3 до 1,7% [15—17]. Углерод в количествах
до 0,3—0,35%, располагаясь после закалки в октаэдрических и тет-
раэдрических порах в решетке α-фазы, заметного вклада в измене-
ние параметров решетки и в тетрагональность мартенсита не вно-
сил. Важным для понимания природы мартенситообразования в
сталях с углеродом были выводы Г. В. Курдюмова, от которых он
впоследствии пытался отойти, о том, что «механизм закалки угле-
родистой стали может быть представлен как процесс удержания
промежуточной формы между γ- и α-структурами» и «тетрагональ-
ную структуру в закаленной углеродистой стали следует рассмат-
ривать как своеобразный твердый раствор в α-железе» [14].
Этот первый посыл Г. В. Курдюмова на природу мартенситообра-
зования будет иметь существенное значение при анализе эволюции
его взглядов, о чем будет идти речь ниже.
До конца 40-х годов Г. В. Курдюмов был сторонником релаксаци-
онной теории мартенситообразования, что может быть подтвержде-
но не вызывающими разнотолкования ссылками на немногие рабо-
ты тех лет. Например, в работе с А. А. Ивенсоном [17], опублико-
ванной в 1930 г., он повторил буквально свои ранее сказанные за-
ключения [14]: «Механизм закалки углеродистой стали может быть
представлен как процесс удержания промежуточной формы между
γ- и α-структурами … … Механизм перехода близок к двойникова-
нию кристаллов и вызывается механическими напряжениями …
Механизм перехода может стимулироваться соответственно ориен-
тированными компонентами возникающих при закалке механиче-
ских напряжений, и в этом отношении находится в соответствии с
предложенной Шейлем для объяснения превращения аустенита в
мартенсит «гипотезой напряжений» [17].
Позднее, уже в 1961 г., Е. Г. Нестеренко, исследуя высокоугле-
родистый мартенсит в сталях У10 и У12, показал [8], что кристал-
лы мартенсита в закаленной стали упруго деформированы внешни-
ми по отношению к ним силами, подтвердив тем самым то, что ис-
точником упругих напряжений, вызывающих мартенситообразо-
вание, служит аустенит, а не возникающий в нем при температурах
ниже Мн мартенсит. Это вполне объяснимо с учетом того, что коэф-
фициент термического расширения аустенита почти вдвое выше,
чем у α-фазы. Поэтому при его охлаждении будут возникать ло-
кальные области, где создаются растягивающие термоупругие
напряжения, которые способствуют, по С. С. Штейнбергу, мартен-
К ВОПРОСУ О ПРИРОДЕ МАРТЕНСИТООБРАЗОВАНИЯ В СТАЛЯХ 279
ситообразованию. Релаксация напряжений в этих областях и будет
приводить к упругому двойникованию, идущему сдвигом и без-
диффузионно. Чем более крупным окажется зерно аустенита, тем
при меньших переохлаждениях по отношению к точке Мн будут по-
лучены термоупругие напряжения, достаточные для того чтобы вы-
звать мартенситообразование и наоборот. Исходя из этого, можно
просто объяснить роль масштабного фактора при мартенситообра-
зовании в релаксационной теории С. С. Штейнберга [26].
Постепенный отказ Г. В. Курдюмова от релаксационной модели и
попытки заменить ее так называемой «термодинамической» теорией
мартенситообразования объясняются его желанием построить уни-
версальную модель, одинаково пригодную для мартенсита внедре-
ния и мартенсита замещения. Для этого все наблюдения и выводы из
них, полученные на безуглеродистых сталях и бронзах, были обоб-
щены и безоговорочно перенесены на мартенсит углеродистой стали.
Впоследствии это привело ко многим нестыковкам и разнотолкова-
ниям при описании фактов. Все базовые универсальные модели, как
то, что относится к существованию точки равновесия Т0, гистерезис
температуры начала и конца прямого и обратного превращений, сам
факт обратимости, сверхупругость и эффект запоминания формы,
мартенситный политипизм, которые присущи мартенситам замеще-
ния, как было установлено впоследствии, в силу физической приро-
ды принципиально не могут быть реализованы в углеродистом мар-
тенсите. Это дает основание для разделения мартенсита замещения и
мартенсита внедрения на две самодостаточные группы метастабиль-
ных структур, релаксационные процессы в которых при нагреве
имеют существенные различия.
В отечественной литературе, посвященной проблеме мартенсито-
образования при закалке сталей с углеродом и сплавов на основе
твердых растворов (безуглеродистые стали, бронзы и др.), поведе-
ние мартенсита при различных внешних воздействиях принято по-
сле 1949 г. описывать, как правило, с единых позиций и рассматри-
вать механизм мартенситообразования как термически активируе-
мое фазовое превращение первого рода [11]. Согласно этой модели
формирование мартенсита происходит путем зарождения центров
мартенситообразования и их роста. Как бы подтверждением этого
служит большое число публикаций по оценке работы образования
зародышей, подобно тому, как это происходит в случае кристалли-
зации жидкостей. Известны попытки дать также предполагаемые
конфигурационные атомные построения, которым можно припи-
сать роль таких зародышей. Как один из весомых аргументов в
пользу того, чтобы рассматривать с единых позиций мартенситооб-
разование в сплавах с примесями внедрения и замещения, как тер-
мически активируемый фазовый переход, являются диаграммы об-
ратимых мартенситных превращений в бронзах и безуглеродистых
280 С. П. ОШКАДЁРОВ
сталях, а также кристаллогеометрическая сопряженность мартен-
ситов и исходных матричных фаз, игольчатость в микроструктуре
шлифа, обратимое изменение структуры при нагреве и охлаждении
и др. Однако оказалось, что в случае нагрева мартенсита внедрения
создать условия для обратимости мартенсита в исходную фазу не-
возможно, так как нельзя выполнить обязательное требование о
том, что скорости образования при охлаждении и обратном перехо-
де при нагреве должны быть соизмеримы. Это значит, что для обра-
тимости мартенсита, образующегося в стали, например, с зернами
размером 5—10 мкм за время порядка 10
−8
с, необходим нагрев со
скоростью 107—108
К/с. Обеспечить такую скорость за счет внешне-
го нагрева невозможно по теплофизическим причинам, тогда как в
условиях электроконтактного нагрева с использованием, напри-
мер, игнитронного реле, т.е. в режиме короткого замыкания, до-
стичь скорости нагрева 106
град/с, достаточной для обратимости по
оценкам В. Д. Садовского, сохранить проволочные образцы не уда-
лось вследствие взрывообразного испарения металла за счет прояв-
ления Пинч-эффекта. Это говорит о том, что мартенсит в сплавах
внедрения и замещения, являясь промежуточной структурой меж-
ду термодинамически стабильными высокотемпературной и низко-
температурной фазами, не может рассматриваться как одинаковая
во всем структурная составляющая. Об этом свидетельствуют и
различные, по существу, механизмы релаксационных процессов,
протекающих при их нагреве. Иначе говоря, похожесть способа по-
лучения обоих типов мартенситов, а именно закалка со скоростями
выше критических до температуры ниже точки Мн, взрывообраз-
ный и дискретный характер появления игл и кристаллогеометри-
ческая сопряженность между исходной фазой и мартенситом не яв-
ляется достаточным основанием при попытке доказать их идентич-
ность. Различие легко увидеть, сравнив механизмы перехода обоих
мартенситов в стабильное низкотемпературное состояние, так же
как и при изучении возможности их обратимости во время нагрева.
Использование всего арсенала структурных исследований (рентген,
световая и электронная металлография) позволило описать с высо-
кой степенью достоверности различие процессов, происходящих
при нагреве обоих типов мартенсита. Сложнее оказалось с описани-
ем собственно механизма его образования и попыток свести в одну
схему все явления, которые оно вызывает. Об эволюции взглядов на
механизм мартенситообразования в сталях и сплавах после выхода
работы Г. В. Курдюмова с Г. Заксом в 1930 г. можно судить по упо-
мянутым его работам с Э. З. Каминским и А. А. Ивенсоном, отно-
сящимся к тому же времени [16, 17]. Впоследствии к теме о меха-
низме мартенситообразования в сталях Г. В. Курдюмов, по понят-
ным причинам, почти не обращался, опубликовав одну небольшую
статью в 1935 г. [19] и еще по одной в 1936 г. [20] и 1939 г. [21], в
К ВОПРОСУ О ПРИРОДЕ МАРТЕНСИТООБРАЗОВАНИЯ В СТАЛЯХ 281
которых вопрос о механизме мартенситообразования в углероди-
стых сталях вообще не поднимался. Вышло несколько работ с опи-
санием различных явлений при отпуске закаленной стали, эпизо-
дически рассмотрены вопросы о состоянии углерода и железа в от-
пущенной стали, рассмотрены тепловые эффекты, влияние леги-
рующих элементов на распад мартенсита при высоком отпуске, ме-
тодические вопросы, относящиеся к применению методов рентгено-
структурного анализа для определения структур закалки. Основное
его внимание в работах периода с 1932 по 1948 г. было сосредоточе-
но на мартенситообразовании и обратимости мартенсита при нагре-
ве в бронзах и латуни. Естественно задать себе вопрос: с чем связана
потеря интереса к проблеме механизма мартенситообразования при
закалке аустенита и стремление сосредоточить внимание на изуче-
нии процессов отпуска. В безобидных, на первый взгляд, предпо-
ложениях, которые возникают, речь может идти о предмете отнюдь
не малозначительном. Поскольку собственное разумение сложив-
шихся обстоятельств могло оказать влияние на опасные для истины
выводы и, стремясь отказаться от любых гипотез, обратимся непо-
средственно к Г. В. Курдюмову, который писал, ссылаясь на С. С.
Штейнберга, В. Д. Садовского и А. П. Гуляева: «в работах С. С.
Штейнберга и его учеников были раскрыты главные особенности
превращения аустенита в мартенсит» [22]. Описание этих особенно-
стей явилось вескими доказательствами в пользу механизма мар-
тенситообразования в сталях на основе релаксационной модели и по
самой своей значимости оказалось чреватым спорами, которые рас-
тянулись более чем на полстолетия. Основные признаки мартенси-
тообразования, которые были описаны С. С. Штейнбергом с сотруд-
никами, частично изложены Г. В. Курдюмовым сначала сравни-
тельно подробно в работе [23], а затем уже обезличено в работе [24].
Впоследствии эти характерные черты превращения аустенита в
мартенсит повторил, сославшись уже только на Г. В. Курдюмова,
Б. И. Николин [11]. В дальнейшем ссылки на С. С. Штейнберга и
уральскую школу совсем исчезли из работ, посвященных мартен-
ситообразованию в сталях. В них в последующие годы начало пре-
обладать самоцитирование, подтверждая известную истину, что по-
следним к дележу признания успевает тот, кто вынес на плечах
наибольшие труды. Чтобы вопрос по теме не оказался спорным,
вернемся к рассмотрению основополагающих работ С. С. Штейн-
берга о мартенситообразовании в сталях с тем, чтобы толкование
фактов было отдано на полное усмотрение непредвзятых исследова-
телей и не повредило делу установления истины.
5. О РЕЛАКСАЦИОННОЙ МОДЕЛИ С. С. ШТЕЙНБЕРГА
С. С. Штейнберг с сотрудниками, многие из которых впоследствии
282 С. П. ОШКАДЁРОВ
создали свои научные школы (В. Я. Зубов, К. А. Малышев, В. Д.
Садовский), и А. П. Гуляев с 1929 года провели обстоятельные ис-
следования мартенситообразования в углеродистых сталях, сталях
с хромом, вольфрамом, марганцем и ряде других сталей с содержа-
нием углерода не менее 0,6%. Ограничение по содержанию углеро-
да объясняется тем, что при более низких концентрациях углерода
устойчивость аустенита недостаточна для проведения корректных
исследований и поэтому для получения аустенита с допустимой для
эксперимента стойкостью проводилось дополнительное его легиро-
вание. Уже в начале 30-х годов основные существенные признаки
мартенситообразования и его механизм С. С. Штейнберг изложил в
ряде публикаций, в основном в немецкоязычных и отечественных
журналах, и монографии (1945 г.). Его выводы были подтверждены
работами В. Д. Садовского, А. П. Гуляева и других исследователей,
взгляды которых на механизм мартенситообразования в сталях с
углеродом не вписывались в схему, которая была впоследствии вы-
двинута Г. В. Курдюмовым в 1948 г. [23]. Верный способ доискаться
истины состоит в последовательном сравнении аргументов и объяс-
нений твердо установленных наблюдений в эксперименте при пре-
дельно широкой непредвзятой всеохватности явлений. Повторим,
что разнотолкование механизма мартенситообразования в сталях
коренится в соперничестве двух точек зрения, а именно, основан-
ной на концепции релаксации, утверждаемой С. С. Штейнбергом, и
т.н. «термодинамической» модели для термически активируемых
фазовых переходов в твердых телах, согласно которой «мартенсит-
ное превращение есть явление термическое и должно подчиняться
общим законам фазовых превращений» [7]. Ниже мы продолжим
сравнение разных взглядов на природу мартенситообразования, а
здесь дадим перечень характерных признаков мартенситообразова-
ния по С. С. Штейнбергу, который постепенно со временем сокра-
щался вплоть до того, что, в конце концов, стали признавать, опи-
раясь только на Г. В. Курдюмова. Например, в упомянутой выше
добротной в целом монографии [6], ссылки на работы С. С. Штейн-
берга упомянуты как такие, которые, вроде бы, укладываются в
«термодинамическую» гипотезу Г. В. Курдюмова.
Вменять в вину авторам работы [6] такое прочтение работ С. С.
Штейнберга нельзя, не исключив влияние пагубных абсолютизиро-
ванных частым повторением построений, относящихся к понима-
нию «термодинамического» механизма мартенситообразования.
Если смотреть больше на суть дела, чем на лица, то следует отме-
тить, что в работах, опубликованных в отечественных изданиях по-
сле 1948 г. преобладают ссылки на работы сторонников «термоди-
намической» модели, вытесняя из информационного пространства
другие точки зрения на проблему. Чтобы за давностью времен не
были забыты и стали недостижимы достоверные факты, нужно не-
К ВОПРОСУ О ПРИРОДЕ МАРТЕНСИТООБРАЗОВАНИЯ В СТАЛЯХ 283
предвзято обратиться к наследию, которое оставил С. С. Штейн-
берг. Из перечня его работ за период 1930—1945 гг. достаточно упо-
мянуть две публикации 1935 и 1937 г. [25, 26]. По ходу изложения
материала заметим, что здесь даются ссылки не на всю библиогра-
фию того или иного автора по обсуждаемой проблеме, но избира-
тельно лишь на те, которые затрагивают ключевые вопросы.
Информация, содержащаяся в упомянутых выше работах С. С.
Штейнберга, которая нашла многократное и надежное эксперимен-
тальное подтверждение, и, судя по многочисленным ссылкам на
нее, в том числе и в работах Г. В. Курдюмова, была принята научной
общественностью. Ее изложение дадим в наиболее неурезанном ви-
де с тем, чтобы впоследствии иметь возможность сопоставить ее с
экспериментальными фактами, накопленными в последующие го-
ды, подтвердив достоверность утверждаемой С. С. Штейнбергом
модели. В работе 1935 г. [25] изложение материала С. С. Штейнбер-
гом дано в доброй академической традиции с упоминанием экспе-
риментального материала, который был получен предшественни-
ками, главным образом, зарубежными исследователями с упоми-
нанием в их работах экспериментальных методиками, в частности,
киносъемкой и магнитометрией, которые были дополнены тради-
ционными структурными методами. Ниже приведен перечень ха-
рактерных признаков мартенситообразования по С. С. Штейнбергу
с упоминанием имен исследователей, которым принадлежит прио-
ритет в их наблюдении, без конкретных ссылок на труднодоступ-
ные источники. Параллельно кратко рассмотрим некоторые сооб-
ражения, относящиеся к природе мартенсита стали и мартенсита в
сплавах замещения, имея целью найти как признаки их сходства,
так и существенного различия, что важно для понимания и необхо-
димого разумного объяснения природы ряда несовместимых, но ха-
рактерных для обоих мартенситов признаков.
В работе, опубликованной в 1937 г. [26], приведены дополни-
тельные сведения о явлениях, связанных с мартенситообразовани-
ем, которые были недостаточно освещены в публикации 1935 г.
[25]. Особенность работы 1937 г. состоит в том, что в цитируемой
литературе начисто исключены все ссылки на публикации зару-
бежных авторов. Наряду с другими монографиями отечественных
металловедов и термистов, которые вышли в том же году (Н. А.
Минкевича, А. А. Бочвара, И. А. Одинга и др.).
С. С. Штейнбергом упоминается лишь переведенная на русский в
1935 г. монография Н. А. Бартельса. Отсутствие ссылок на ино-
язычных авторов в основополагающей работе чрезвычайно щепе-
тильного к нормам научной этики С. С. Штейнберга можно объяс-
нить только датой выхода ее в свет, когда был наложен негласный
запрет на все, что могло дать основание для обвинения в «прекло-
нении перед иностранной наукой». С этого времени работы С. С.
284 С. П. ОШКАДЁРОВ
Штейнберга и его сотрудников, которые публиковались преимуще-
ственно в Германии, стали практически недоступны для ученых за
пределами нашей страны и потихоньку утонули в реке забвения.
Обращает на себя внимание и тот факт, что в отечественных работах
послевоенных лет ссылки на основополагающие исследования С. С.
Штейнберга с годами очень быстро сошли на нет. Если в работе [23],
опубликованной в 1948 г., изложены, пусть и в урезанном виде, ха-
рактерные признаки мартенситообразования по С. С. Штейнбергу
со ссылками на четыре его работы, которые были опубликованы до
1945 г., то годом позднее упомянута несколько в обезличенном виде
только публикация 1937 г. [26]. В обзоре 1960 г. [27] та же публи-
кация упоминается вскользь как одна в ряду подобных без ссылки
на первоисточник с формулировкой: «известен ряд особенностей
мартенситного превращения». Дальше следует относительно близ-
кий к материалу, изложенному С. С. Штейнбергом, его пересказ,
сделанный ранее в работе 1948 г. [23] и перепечатанный в 1949 г.
[28] без упоминания ряда существенных, важных для понимания
природы мартенситообразования, его признаков.
В последующие годы все ближайшие сотрудники Г. В. Курдюмо-
ва описывали мартенситообразование «по Г. В. Курдюмову», умал-
чивая о решающем вкладе С. С. Штейнберга. Присуждение Г. В.
Курдюмову в 1949 г. Сталинской премии I степени способствовало
этому, поставив его в ряд свободных от критики ученых первой ли-
нии с незыблемым научным авторитетом и абсолютизировав его
мнение, даже если оно могло быть неверным. Начиная с 1952 г. по
1982 г. в переводе на английский язык вышли все ранее опублико-
ванные им работы, а также статьи в соавторстве с А. Л. Ройтбурдом,
А. Г. Хачатуряном. В этих публикациях практически полностью
были исключены из рассмотрения работы, например, уральских
металловедов, «которые изменили и уточнили наше представление
о закалке», и нашедшие, по выражению С. С. Штейнберга, «приме-
нение в практике закалки» [26].
6. ХАРАКТЕРНЫЕ ПРИЗНАКИ МАРТЕНСИТООБРАЗОВАНИЯ
В УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЯХ
Согласно С. С. Штейнбергу [25, 26] мартенситообразованию прису-
щи признаки, которые ниже даны с упоминанием имен и дат обна-
руживших их исследователей.
1. Мартенсит – твердый раствор углерода в α-железе. Пере-
стройка железа-гамма в железо-альфа не сопровождается диффузи-
ей атомов углерода (Портвен, Шевенар, Штейнберг (1921, 1931,
1929 гг.)).
2. Точка начала мартенситообразования не понижается при увели-
чении скорости охлаждения и для данного содержания углерода яв-
К ВОПРОСУ О ПРИРОДЕ МАРТЕНСИТООБРАЗОВАНИЯ В СТАЛЯХ 285
ляется вполне определенной величиной (Вевер, Френч, Сато, Штейн-
берг (1924, 1930, 1931 гг.)). Наблюдаемое Сато повышение темпера-
туры мартенситообразования на 30—50°С в сталях при увеличении
скорости охлаждения водой по сравнению с закалкой в масло объяс-
нялось наличием в негомогенном аустените участков с разным со-
держанием углерода (Гебхард, Ганеман, Шредер (1928, 1930 гг.)). Ве-
роятность этого С. С. Штейнберг отрицал (1931 г.)
2.
3. Для переохлаждения аустенита в область низких температур
требуется критическая скорость охлаждения при закалке, позво-
ляющая получить мартенсит (Портвен, Шевенар (1921 г.), Штейн-
берг (1930 г.)). Температуру охлаждения, при которой начинается
мартенситообразование, С. С. Штейнберг впервые (1935 г.) предло-
жил обозначать буквой М [26]. В настоящее время это обозначение
безоговорочно принято во всем мире и широко используется в науч-
ной литературе.
4. При мартенситообразовании на переднем плане стоит значение
размеров зерна (Бейн (1924 г.)). В дальнейших исследованиях эти
представления были обобщены в понятие роли размерного фактора,
играющего определяющую роль в утверждении релаксационной
модели мартенситообразования по С. С. Штейнбергу.
5. Мартенситообразование сопровождается стабилизацией в
участках аустенита, в которых релаксация не прошла (Бейн, Да-
венпорт, Штейнберг (1924, 1930 гг.)).
6. Существует две области повышенной устойчивости аустенита –
выше 550°С и ниже 350°С. Переохлажденный ниже 300°С высоко-
углеродистый аустенит обладает значительной стойкостью. Стой-
кость аустенита увеличивается с повышением содержания углерода
в нем и с понижением температуры превращения. Данное наблюде-
ние впоследствии легло в основу технологии изотермического рас-
пада аустенита при температуре выше Мн, названной патентирова-
нием, которая повсеместно используется в канатном производстве
(Зубов (1930 г.)). Таким образом, С. С. Штейнберг впервые отделил
распад аустенита с получением продуктов перлитного семейства в
температурном интервале от А до 350°С, образование троостита в
интервале температур между 350°С и точкой Мн и, собственно, мар-
тенситообразование при охлаждении ниже точки М, отметив влия-
ние легирующих элементов на кинетику этих процессов.
7. При температуре ниже М, характерной для каждой концен-
трации углерода, аустенит начинает превращаться в мартенсит, в
основе которого «лежит несколько деформированная (тетрагональ-
ная) решетка α-железа, причем температура начала превращения
2 Наши исследования в области термоупрочнения сталей с использовани-
ем эффекта неполной гомогенизации [29] впоследствии безоговорочно
подтвердили гипотезу Ганемана.
286 С. П. ОШКАДЁРОВ
мало зависит от скорости охлаждения. Скорое охлаждение даже
способствует превращению, т.е. поднимает несколько точку М и
уменьшает количество остаточного неразложенного аустенита …
Количество остаточного аустенита зависит от положения начала
мартенситного разложения (точки М). Чем ниже расположена эта
точка, тем должно быть большее количество остаточного аустени-
та» [25]. Ускоренное охлаждение уменьшает количество остаточно-
го аустенита (Штейнберг (1932 г.)).
8. Скорость мартенситообразования крайне велика, что подтвер-
ждается киносъемкой превращения (Ганеман, Вистер (1931 г.)).
9. Мартенситообразование в стали с 24% никеля при охлаждении
ниже точки М до −200°С сопровождается генерированием продол-
жительного звука – «пение», которое постепенно затухает при по-
следующем отогреве образца (Гильом (1930 г.)).
10. Превращение аустенита в мартенсит происходит с появлени-
ем иголочек подобно ряду маленьких взрывов, чем и объясняется
звук. Скорость мартенситного превращения не зависит от темпера-
туры и протекает с неподдающейся измерению скоростью.
11. Мартенситообразование в сталях никогда не идет до конца,
структура закаленной стали состоит из мартенсита и аустенита
(Штейнберг (1932 г.)).
12. Углеродистый мартенсит характеризуется тетрагональной
решеткой α-железа, которая крайне неустойчива и при нагреве
выше 100°С начинает превращаться в обыкновенную кубическую
решетку α-железа, исключая обратимость мартенсита. Превраще-
ние тетрагонального мартенсита в кубический сопровождается
уменьшением объема. Около 50% деформации, вызванной закал-
кой, при этом исчезает (Штейнберг (1932 г.)).
13. Переохлажденный аустенит превращается с необычайной
быстротой, как только он будет охлажден ниже определенной для
данной концентрации температуры. Определяющую роль в мартен-
ситообразовании играют внутренние (Штейнберг (1930 г.)) напря-
жения, тогда как предложенная Делингером термодинамическая
теория противоречит ряду экспериментальных фактов. В частно-
сти, развитие мартенситообразования в интервале температур, об-
разование при этом все новых и новых игл мартенсита, увеличение
количества которого происходит по мере охлаждения аустенита,
идет не путем их роста, как это должно иметь место при развитии
термоактивируемого превращения, а приращением вновь образу-
ющихся иголочек. Это подтверждается экспериментально в опытах
с прерванным охлаждением аустенита при закалке (Штейнберг,
Зюзин (1932 г.)).
14. Для объяснения причин мартенситообразования необходимо
«обратиться к силам упругости внутри самой атомной решетки
аустенита, развиваемым при охлаждении и термическом сжатии
К ВОПРОСУ О ПРИРОДЕ МАРТЕНСИТООБРАЗОВАНИЯ В СТАЛЯХ 287
действием атома углерода на атомы пространственной решетки
гамма-железа. В процессе превращения и образования игл мартен-
сита происходит ослабление этих сил … Возникающие упругие, си-
лы должны носить кристаллографически ориентированный харак-
тер … Проблема превращения аустенита в мартенсит упирается
неизбежно в проблему упругих напряжений» (Штейнберг (1935 г.)).
15. К приведенным выше характерным признакам мартенсито-
образования в аустените, описанным С. С. Штейнбергом и его
предшественниками, следует добавить ряд существенных для по-
нимания природы образования мартенсита внедрения наблюдений.
В целом они поддерживают идею возникновения мартенсита в пе-
реохлажденном углеродистом аустените как структурном проявле-
нии сдвиговой релаксации упругой энергии, возникающей при за-
калке. Чтобы избежать возможного искажения при пересказе сооб-
ражений С. С. Штейнберга, ниже приведены дословные формули-
ровки, извлеченные из его работ. Собранные в единое целое, они
начисто исключают возможность описывать мартенситообразова-
ние как фазовое термически активируемое превращение первого
рода. «Мартенситное превращение происходит не из зародышевых
центров, но сразу в значительном объеме по кристаллографическим
плоскостям зерна аустенита. Прогрессирование мартенситного пре-
вращения происходит не путем роста старых образований, а путем
возникновения новых … Скорость мартенситного превращения
крайне велика, напоминая скорость взрывной волны. С понижени-
ем температуры скорость мартенситного превращения … увеличи-
вается; взрывчатый характер превращения выступает при темпера-
турах ниже нуля и резче …».
16. «Точка М представляет не температурный интервал, а темпе-
ратуру начала превращения», которое «не протекает до конца, т.е.
до полного исчезновения аустенита. Количество превращенного в
мартенсит аустенита зависит … от степени понижения температуры
по отношению к точке М» … Количество остаточного аустенита в
стали с 0,9% углерода достигает 18% при охлаждении до −183°С.
17. С. С. Штейнберг первым обратил внимание на то, что стаби-
лизация не превращенного при одной температуре переохлаждения
ниже точки М аустенита обусловлена протеканием при этом пере-
охлаждении мартенситообразования, говоря: «мартенситная точка
для остающегося аустенита действительно снижается самим про-
цессом образования мартенсита. Это снижение мартенситной точки
в самом процессе мартенситного превращения является … его осо-
бенностью» [26].
18. Итак, ускорение охлаждения ниже мартенситной точки спо-
собствует превращение аустенита в мартенсит. Точку М можно счи-
тать независящей от скорости охлаждения; охлаждение ниже точ-
ки М увеличивает … количество мартенсита и уменьшает количе-
288 С. П. ОШКАДЁРОВ
ство остаточного аустенита. «На основании многочисленных опы-
тов, проведенных с самыми разнообразными сталями, как высоко-
углеродистыми, так и малоуглеродистыми, как легированными,
так и нелегированными, это действие скорости охлаждения ниже
точки М на мартенситное превращение надо считать универсаль-
ным и вполне доказанным».
19. «Сталь в аустенитном состоянии можно достигнуть только
добавлением к углеродистым сталям специальных элементов: мар-
ганца, никеля, хрома, молибдена, вольфрама, понижающих мар-
тенситную точку … Карбидообразующие элементы (Mn, Cr, Mo, W)
понижают мартенситную точку, поскольку они переходят в твер-
дый раствор в аустените и остаются в нем при охлаждении до мар-
тенситной точки … Превращение ниже точки М … происходит не
путем образования зародышевых центров, а путем бездиффузион-
ной перестройки пространственной решетки γ в таковую α в значи-
тельных объемах, расположенных по кристаллографическим плос-
костям зерна аустенита».
20. «Мартенситное превращение можно вызвать выше точки М и
значительно увеличить количество образовавшегося мартенсита
ниже точки М посредством энергичной, вызванной ударом, пласти-
ческой деформации» [26].
21. Показано, что «растягивающие напряжения способствуют по-
явлению мартенсита сильнее, чем сжимающие, вызывая мгновенное
мартенситообразование при температурах, лежащих выше мартен-
ситной точки на несколько десятков градусов. При сдвиге, создавае-
мом сжатием, сдавливающие упругие напряжения по одну сторону
плоскости скольжения уравновешиваются растягивающими напря-
жениями по другую сторону, объясняя наблюдение мартенситообра-
зования только по одну сторону плоскости скольжения».
6. С. С. ШТЕЙНБЕРГ О ЯВЛЕНИИ СТАБИЛИЗАЦИИ АУСТЕНИТА
Понятие стабилизации при мартенситообразовании заключается в
том, что при переохлаждении аустенита ниже точки М до опреде-
ленной температуры мартенситообразование, происходящее мгно-
венно, прекращается. Для его продолжения, идущего за счет обра-
зования дополнительного количества новых игольчатых выделе-
ний, необходимо более глубокое переохлаждение по отношению к
точке М. Приращение количества мартенсита происходит в полях
аустенита, которые остались не затронутыми мартенситообразова-
нием при первом переохлаждении. Поэтому наблюдаемые в поле
шлифа новые игольчатые образования мартенсита имеют более
мелкие, чем иглы первых порций мартенсита, размеры, которые
определяются эффективным сечением аустенитных полей. Есте-
ственно, что при дальнейшем охлаждении картина повторяется,
К ВОПРОСУ О ПРИРОДЕ МАРТЕНСИТООБРАЗОВАНИЯ В СТАЛЯХ 289
причем размеры игл мартенсита становятся все меньше и меньше
сообразно уменьшению размеров аустенитных полей, в которых
они возникают. Так происходит и при непрерывном охлаждении,
т.е. путем приращения по мере увеличения переохлаждения аусте-
нита по отношению к точке М количества игольчатых мартенсит-
ных структурных образований, размеры которых непрерывно
уменьшаются. Здесь нужно обязательно еще раз напомнить, что
мартенситообразование, согласно С. С. Штейнбергу, идет путем
приращения числа игл и постепенно затухает, оставляя для каждой
стали в зависимости от температуры, содержания углерода, уровня
и качества легирования, определенные количества остаточного
аустенита. Объяснить стабилизацию аустенита перераспределени-
ем углерода между мартенситом и соседствующим с ним, не затро-
нутым мартенситообразованием, аустенитом, что напрашивается в
первую очередь, если следовать гипотезе о мартенситообразовании
как термическим активируемом процессе, невозможно вследствие
взрывоподобного характера мартенситообразования. Кроме того,
надежно установлено, что содержание углерода в аустените и мар-
тенсите, включая и последние его порции, не отличается. Расши-
рить интервал температур между точками его начала и окончания
можно только при закалке негомогенного аустенита, главным обра-
зом, за счет повышения температуры точки М для обедненной угле-
родом его части [2]. «Термодинамическая» гипотеза образования
мартенсита не согласуется с наблюдениями С. С. Штейнберга за
увеличением количества остаточного аустенита при уменьшении
скорости охлаждения, а также его выдержкой ниже точки М. Не-
возможность обратного перехода мартенсита, который характерен
для сплавов замещения (бронзы) и безуглеродистых сплавов железа
в аустенит, в углеродистых сталях абсолютно противоречит «тер-
модинамической» гипотезе.
Согласно С. С. Штейнбергу, стабилизацию аустенита нужно свя-
зывать с упругими напряжениями. «Все условия, вызывающие
напряжения внутри зерна аустенита и увеличивающие их, должны
увеличивать степень мартенситного превращения и наоборот». Это
наблюдение С. С. Штейнберга объясняет роль размерного фактора в
механизме мартенситообразования, что было достаточно убеди-
тельно доказано впоследствии.
С. С. Штейнберг стабилизацию аустенита объяснил так: «мартен-
сит возникает по кристаллографическим плоскостям, образуя внут-
ри зерна аустенита как бы твердые перегородки, разбивающие его на
все более мелкие участки. Сопротивление сдвигам внутри этих
участков должно увеличиваться вместе с их раздроблением, так как
известно, что предел текучести повышается с уменьшением разме-
ров». Протекание мартенситообразования сопровождается развити-
ем процессов релаксации … стабилизируя аустенит. Согласно релак-
290 С. П. ОШКАДЁРОВ
сационной модели С. С. Штейнберга, физический смысл точки М за-
ключается в пороговом значении температуры, ниже которой упру-
гие напряжения, создаваемые в аустените, превосходят его сопро-
тивление сдвигам при той же температуре. Легирование аустенита
другими элементами, повышая упругость аустенита, снижает тем-
пературу точки М. Важным следствием для понимания механизма
мартенситообразования как релаксационного, а не термически ак-
тивируемого процесса, является наблюдение С. С. Штейнберга и дру-
гих исследователей о том, что «превращение ниже точки М происхо-
дит не путем образования зародышевых центров, а путем бездиффу-
зионной перестройки решетки γ в α в значительных объемах по кри-
сталлографическим плоскостям зерна аустенита [26]. Процесс этот
происходит настолько быстро, что зарегистрировать скорость обра-
зования отдельной мартенситной «иглы» до сих пор не удалось … До-
бавим к этому, что образования мартенсита во всем объеме аустенита
достигнуть не удается», о чем речь шла выше. По каким плоскостям
происходит мартенситообразование в сталях с углеродом и дал ответ
Г. В. Курдюмов [1]. В основном же механизм образования мартенси-
та в отечественной литературе описан именно С. С. Штейнбергом,
утвердившим «релаксационную» модель его возникновения, пока-
зав отличие данного «превращения от фазовых превращений, проис-
ходящих путем возникновения зародышевых центров и роста их с
получением новой фазы».
С. С. Штейнберг видел в упругих напряжениях сдвига движу-
щую силу мартенситообразования [25, 26], которое рассматривает
как «опрокидывание» части пространственной углеродосодержа-
щей решетки γ-фазы в тетрагональную решетку мартенсита, сте-
пень тетрагональности которого определяется содержанием угле-
рода в аустените. Экспериментальными доказательствами этой мо-
дели, надежно подтвержденной впоследствии, служат его наблюде-
ния за процессами мартенситообразования в сталях, стимулиро-
ванными ударным нагружением выше и ниже точки М, влиянием
сжимающих, которые тормозят, и растягивающих, которые уско-
ряют, мартенситообразование напряжений.
7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Анализ значительного количества работ, посвященных мартенси-
тообразованию, который выходит далеко за пределы ограниченного
списка цитируемых здесь базовых источников, позволяет прийти к
нижеследующим заключительным выводам, утверждающим
взгляд на мартенсит как на продукт релаксационных процессов,
которые происходят при закалке пересыщенных твердых растворов
внедрения и замещения.
1. Мартенсит возникает как промежуточная метастабильная
К ВОПРОСУ О ПРИРОДЕ МАРТЕНСИТООБРАЗОВАНИЯ В СТАЛЯХ 291
структурная составляющая между стабильными высокотемператур-
ными и низкотемпературными фазами при быстром охлаждении
первых от температуры, которая выше температуры их фазового пе-
рехода. Скорость охлаждения при этом, называемая критической,
должна быть достаточной для подавления процессов диффузионного
перераспределения легирующих элементов в высокотемпературной
фазе во время ее охлаждения до температуры начала мартенситообра-
зования Мн.
2. Мартенсит образуется при охлаждении со скоростью звука и
бездиффузионно и всегда является следствием атермической релак-
сации, сопровождаясь тепловыми и акустическими эффектами.
3. Мартенситообразование происходит сдвиговым путем в высо-
котемпературной фазе, переохлажденной до температуры ниже
точки Мн, с образованием в объеме ее зерна упругих линзообразных
двойников, которые можно видеть в поле шлифа в виде игл и пла-
стин как результат их сечения при его подготовке для металлогра-
фического исследования. Упругие двойники мартенсита возникают
за время 10
−7—10
−8
с и не могут быть продуктом фазового термически
активируемого превращения первого рода, происходящего путем
образования зародышей и их последующего разрастания с умень-
шением поверхностной удельной энергии границ, как это имеет ме-
сто, например, при кристаллизации металлов.
4. Мартенситообразование является типичным фазовым перехо-
дом второго рода, в основе которого лежит упругое двойникование.
Мартенситной точкой Мн является температура, при которой воз-
никающие при закалке пересыщенных твердых растворов термо-
упругие напряжения становятся равными упругим характеристи-
кам металла при той же температуре, что делает их способными к
релаксации путем бездиффузионного сдвига двойникованием. Этим
объясняется влияние содержания легирующих элементов и углеро-
да на точку Мн, а также влияние на нее размерного фактора.
5. Существует два типа мартенситных структур, которые подоб-
ны по генезису, но различны по своей физической сущности – это
мартенситы, образующиеся при закалке пересыщенных твердых
растворов с элементами замещения и мартенситы в сплавах с эле-
ментами внедрения. Описание основных общих характеристик
мартенситообразования, которое было сделано на основании иссле-
дований, проведенных на безуглеродистых сплавах, затем без до-
статочных на то оснований пытались перенести на мартенситные
структуры сталей с углеродом нельзя признать корректным.
6. Мартенситы в сплавах с элементами замещения испытывают
обратимость при нагреве с заметным температурным гистерезисом
при прямом и обратном переходах. При воздействии других внеш-
них факторов (механическое деформирование с разными схемами
нагружения и величинами нагрузок в упругой и неупругой обла-
292 С. П. ОШКАДЁРОВ
стях, при наложении магнитных полей и др.) их поведение кор-
ректно можно описать в рамках теории упругого двойникования.
Речь идет о явлениях обратимости, сверхупругости, раздвойнико-
вания или передвойникования при изменении знака нагружения и
т.п.
7. Мартенситы, образующиеся в сталях с углеродом или азотом, к
обратимости не способны. Их поведение при нагреве зависит от ряда
взаимосвязанных необратимых релаксационных процессов, обу-
словленных диффузией углерода под влиянием температуры и упру-
гих полей, динамического изменения дислокационной структуры,
кинетики образования и роста фаз внедрения (карбиды и нитриды).
Упругая деформация пересыщенных твердых растворов углерода в
аустените при температурах вблизи точки Мн может в определенных
пределах интенсифицировать в них мартенситообразование, но пол-
ностью исключает передвойникование мартенситных линз.
8. Мартенсит внедрения при нагреве выше 100°С претерпевает
необратимый распад на α-железо и карбиды. Этим мартенсит, воз-
никающий в аустените, отличается от мартенситов замещения, ко-
торые образуются, например, в закаленных безуглеродистых ста-
лях, сплавах на основе титана, циркония (α′-, α′′-, ω-фазы). Здесь
деформированием можно увеличивать количество мартенситных
структур, ускоряя развитие релаксационных процессов, либо
уменьшать их за счет раздвойникования, что также способствует
релаксации напряжений. В любом случае это служит убедительным
подтверждением релаксационной модели мартенситообразования,
физика которой наиболее последовательно разработана С. С.
Штейнбергом и им же экспериментально подтверждена на углеро-
дистых сталях.
Такое видение целей научной работы позволило снять сомнение о
необходимости написания данной статьи, которая подготовлена
при моральной поддержке В. Г. Барьяхтара.
ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Г. Курдюмов, Г. Закс, Вести металлопромышленности, № 9/10: 165 (1930).
2. В. Н. Гриднев, Ю. Я. Мешков, С. П. Ошкадеров, В. И. Трефилов, Физические
основы электротермического упрочнения стали (Киев: Наукова думка: 1973).
3. В. Н. Гриднев, Ю. Я. Мешков, С. П. Ошкадеров, Н. Ф. Черненко, Техноло-
гические основы электротермической обработки стали (Киев: Наукова
думка: 1977).
4. В. Н. Гриднев, О. М. Ивасишин, С. П. Ошкадеров, Физические основы ско-
ростного термоупрочнения титановых сплавов (Киев: Наукова думка:
1986).
5. С. П. Ошкадеров, Успехи физики металлов, 9, № 4: 423 (2008).
6. В. А. Лободюк, Э. И. Эстрин, Мартенситные превращения (Москва: Физ-
К ВОПРОСУ О ПРИРОДЕ МАРТЕНСИТООБРАЗОВАНИЯ В СТАЛЯХ 293
матлит: 2009).
7. В. Г. Курдюмов, Мартенситные превращения. Проблемы современной фи-
зики: Сб. ст. к 100-летию со дня рождения А. Ф. Иоффе (Ленинград: Наука:
1980).
8. Ю. А. Осипьян, Классик металлофизики. В кн.: Академик Георгий Вяче-
славович Курдюмов. Страницы жизни. Воспоминания (Москва: Наука:
2004).
9. Г. В. Курдюмов, Р. И. Энтин, Вестн. АН СССР, № 10: 18 (1964).
10. А. Л. Ройтбурд, Г. В. Курдюмов и его школа в мартенсите 20-го века. В кн.:
Академик Георгий Вячеславович Курдюмов. Страницы жизни. Воспомина-
ния (Москва: Наука: 2004).
11. Л. И. Лысак, Б. И. Николин, Физические основы термической обработки
стали (Киев: Техника: 1975).
12. В. С. Бойко, Р. И. Гарбер, А. М. Косевич, Обратимая пластичность кри-
сталлов (Москва: Наука. Физматлит: 1991).
13. В. Е. Данильченко, ФММ, 64, вып.4: 747 (1987).
14. Г. В. Курдюмов, Н. Я. Селяков, Н. Т. Гудцов, Журн. прикл. физики, 4, вып.
2: 51 (1927).
15. Ю. Л. Альшевский, Г. В. Курдюмов, ФММ, 25, вып.1: 172 (1968).
16. Г. В. Курдюмов, Э. З. Каминский, Журн. прикл. физики, 6, вып. 2: 47 (1929).
17. Г. Курдюмов, А. Ивенсон, ЖФХ, 1, вып. 1: 41 (1930).
18. Г. В. Курдюмов, Е. Г. Нестеренко, ФММ, 11, вып. 4: 833 (1961).
19. Г. Курдюмов, П. Некрашевич, В. Нечволодов, Сталь, № 4: 84 (1935).
20. Г. В. Курдюмов, А. Лопатин, В. Нечволодов, Влияние термической обра-
ботки на количество остаточного аустенита. Рентгенография в приме-
нении к исследованию материалов (Москва—Ленинград: ОНТИ: 1936).
21. Г. Курдюмов, Н. Ослон, ЖТФ, 9, вып. 21: 1891 (1939).
22. Г. В. Курдюмов, К теории мартенситных превращений (переработанная
стенограмма доклада на конференции ВНИТОМАШ) (Свердловск: 1950).
23. Г. В. Курдюмов, ЖТФ, 18, вып. 8: 999 (1948).
24. Г. В. Курдюмов, Металлофизика, 1, № 1: 81 (1979).
25. С. С. Штейнберг, ЖТФ, 5, вып. 2: 362 (1935).
26. С. С. Штейнберг, Металлург, № 9/10: 58 (1937).
27. Г. В. Курдюмов, Явления закалки и отпуска стали (Москва: Металлургиз-
дат: 1960).
28. Г. В. Курдюмов, Пробл. металловедения и физики металлов, № 1: 132
(1949).
29. В. Н. Гриднев, Ю. А. Гарасим, С. П. Ошкадеров и др., Металлофизика, 4,
№ 4: 84 (1982).
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-98164 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1608-1021 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T21:37:58Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ошкадёров, С.П. 2016-04-09T16:36:37Z 2016-04-09T16:36:37Z 2011 К вопросу о природе мартенситообразования в углеродистых сталях / С.П. Ошкадёров // Успехи физики металлов. — 2011. — Т. 12, № 2. — С. 269-293. — Бібліогр.: 29 назв. — рос. 1608-1021 PACS numbers: 61.66.Dk, 62.20.fg,62.80.+f,64.70.kd,65.40.De,81.30.Kf, 83.60.Rs https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98164 Анализ характерных признаков мартенситообразования в углеродистых сталях даёт основание считать мартенсит метастабильной структурной составляющей, возникающей в результате протекания в аустените, переохлажденном ниже точки Мн, бездиффузионной релаксации термоупругих напряжений сдвигом, сопровождаемой одновременной генерацией акустических волн и тепловыделением. Точка начала мартенситообразования Мн является температурой, при охлаждении до которой термоупругие напряжения, обусловленные высоким коэффициентом термического расширения аустенита при закалке, оказываются соизмеримыми с упругими свойствами аустенита, охлаждённого до той же температуры. Мартенситообразование является фазовым переходом второго рода, что находится в полном согласии со взглядами С. С. Штейнберга на его механизм. Следует разделять мартенситы в сталях с углеродом и мартенситы в безуглеродистых сплавах с элементами внедрения. Сходные по генезису, они существенно отличаются по механизму приближения к равновесному состоянию при нагреве. Обратимость, существование гистерезиса при прямом и обратном переходах, эффект памяти формы, сверхупругость и др., которые реализуются повсеместно в сплавах замещения, в углеродистом мартенсите принципиально невозможны. Аналіз характерних ознак мартенситоутворення у вуглецевих сталях дозволяє вважати мартенсит метастабільною складовою, яка виникає в результаті перебігу в аустеніті, переохолодженому нижче точки Мн, бездифузійної релаксації зсувом термопружніх напружень, яка супроводжується одночасною ґенерацією акустичних хвиль та тепловиділенням. Точка початку мартенситоутворення Мн є температурою, при охолодженні до якої термопружні напруження, які зумовлені високим коефіцієнтом термічного розширення аустеніту при гартуванні, сягають такої ж величини, як і пружні властивості аустеніту, охолодженого до тієї ж температури. Мартенситоутворення є фазовим переходом другого роду, що відповідає поглядам С. С. Штейнберґа на його механізм. Можна розділити мартенсити в сталях з вуглецем та мартенсити в стопах з елементами втілення. Подібні за ґенезисом, вони істотно відрізняються за механізмами наближення до рівноважного стану при нагріванні. Зворотність, існування гістерези при прямому та зворотньому переходах, ефект пам’яті форми, надпружність та ін., які завжди реалізуються у стопах заміщення, у вуглецевому мартенситі є принципово неможливими. The analysis of features of martensite formation in carbon steels allows assuming that the martensite is the metastable structural constituent arising as a result of diffusionless relaxation of thermoelastic stresses by a shift, which is accompanied by both the simultaneous generation of acoustic waves and the heat-evolution, in an austenite supercooled below the Mn point. A point of beginning of martensite formation, Mn, under cooling is a temperature, below which the thermoelastic stresses conditioned by the high coefficient of thermal expansion of austenite under quenching are commensurable with elastic properties of austenite cooled to the same temperature. Martensite formation is a phase transition of the second kind that is in a complete agreement with S. S. Shteynberg ideas. It is necessary to distinct the martensites in steels with a carbon and the martensites in carbon-free alloys with the interstitial components. They are similar in genesis, but substantially differ by the mechanism of approaching to the equilibrium state under heating. Reciprocity, presence of hysteresis in direct and reverse transitions, shape memory effect, hyperelasticity etc. are realized everywhere in the substitutional alloys, but in a carbon martensite they are impossible in principle. ru Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Успехи физики металлов К вопросу о природе мартенситообразования в углеродистых сталях До питання про природу мартенситоутворення у вуглецевих крицях On the Issue of Character of Martensite Formation in Carbon Steels Article published earlier |
| spellingShingle | К вопросу о природе мартенситообразования в углеродистых сталях Ошкадёров, С.П. |
| title | К вопросу о природе мартенситообразования в углеродистых сталях |
| title_alt | До питання про природу мартенситоутворення у вуглецевих крицях On the Issue of Character of Martensite Formation in Carbon Steels |
| title_full | К вопросу о природе мартенситообразования в углеродистых сталях |
| title_fullStr | К вопросу о природе мартенситообразования в углеродистых сталях |
| title_full_unstemmed | К вопросу о природе мартенситообразования в углеродистых сталях |
| title_short | К вопросу о природе мартенситообразования в углеродистых сталях |
| title_sort | к вопросу о природе мартенситообразования в углеродистых сталях |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98164 |
| work_keys_str_mv | AT oškaderovsp kvoprosuoprirodemartensitoobrazovaniâvuglerodistyhstalâh AT oškaderovsp dopitannâproprirodumartensitoutvorennâuvuglecevihkricâh AT oškaderovsp ontheissueofcharacterofmartensiteformationincarbonsteels |