ФГБОУ ВО «Брянский государственный технический университет» (БГТУ), Брянск, Россия:
С. В. Давыдов, докт. техн. наук, профессор кафедры «Триботехническое материаловедение и технологии материалов», эл. почта: fulleren_grafen@mail.ru

Исследованы низкотемпературные карбидные фазовые превращения в системе сплавов Fe – C на основе ε-карбида Fe₂C с учетом идентификации цементита Θ – Fe₃C как твердого раствора. Доказано, что твердый раствор цементита Θ – Fe3C является дальтонидом, а твердый раствор ε-карбида Fe₂C — бертоллидом. При отпуске закаленных сталей в структуре мартенсита закалки выделяется ε-карбид Fe₂C, который отсутствует на фазовой диаграмме сплавов системы железо – углерод. Принято считать, что ε-карбид Fe₂C метастабилен и выделяется только в структуре закаленных сталей в условиях неравновесного состояния при отпуске. Выделение и растворение ε-карбида Fe₂C — классическое фазовое превращение, и отсутствие данного превращения на диаграмме вызвано не метастабильностью -карбида Fe₂C, а неполнотой диаграммы железо – углерод. В основе фазового превращения распада мартенсита лежит образование зон, обогащенных углеродом. Процессы сегрегации углерода на дислокационных структурах и плоскостях решетки мартенсита создают зоны с избыточной энергией. Начиная примерно с температуры 100 °C в структуре мартенсита выделяется ε-карбид Fe₂C, завершающий стадию двухфазного сегрегационного распада мартенсита. При относительно небольших концентрациях углерода в кластерных зонах наиболее быстрым и эффективным путем релаксации избыточной энергии в данных зонах, а также в тетрагональной решетке мартенсита оказывается формирование фаз с низкой величиной работы зарождения, прежде всего -карбида Fe₂C и α-Fe(С) или феррита. Рассмотрены основные этапы фазовых превращений при перитектоидной реакции распада мартенсита. Предложено дополнить диаграмму состояния сплавов Fe – С горизонталью перитектоидного превращения при температуре 382 °C и горизонталью перитектического превращения цементита при 1650 °C.

1. Волков В. А., Ульянов А. И., Чулкина А. А., Елькин И. А. Механизмы формирования фаз при механосинтезе сплавов Fe – C // Химическая физика и мезоскопия. 2018. Т. 20. № 4. С. 502–507.
2. Furuhara T., Takayama N., Miyamoto G. Key Factors in Grain Refinement of Martensite and Bainite // Materials Science Forum. 2010. Vol. 638-642. P. 3044–3049.
3. Gavriulik V. G., Theisesn W. Low-temperature martensitic trasnformation in toolsteels in relation to their deep cryogenic treatment // Acta Mater. 2013. Vol. 61. No. 5. P. 1705–1715.
4. San Martin D., van Dijk N. H. Real-time martensitic transformation kinetics in maraging steel under high magnetic fields // Mat. Sci. Eng: A. 2010. Vol. 527. P. 5241–5245.
5. Kundu S., Bhadeshia H. K. D. H. Crystallographic texture and intervening transformations // Scripta Materialia. 2007. Vol. 57. P. 869–872.
6. Shibata A., Morito S., Furuhara T., Maki T. Substructure of lenticular martensites with different martensite start tempeatures in ferrous alloys // Acta Materialia. 2009. Vol. 57. P. 483–492.
7. Kim D., Lee S.-J., De Cooman B. C. Microstructure of Low C Steel Isothermally transformed in the Ms to Mf Temperature Range // Metall. and Mater. Trans. A. 2012. Vol. 43. P. 4967–4983.
8. Коняева М. А., Медведев Н. И. Электронная структура, магнитные свойства и стабильность бинарных и тройных карбидов (Fe,Cr)3С и (Fe,Cr)7С3 // Физика твердого тела. 2009. Т. 51. Вып. 10. С. 1965–1969.
9. Цементит в углеродистых сталях : коллективная монография / под ред. В. М. Счастливцева. — Екатеринбург : Изд-во УМЦ УПИ, 2017. — 380 с.
10. Баринов В. А., Казанцев В. А., Суриков В. Т. Температурные исследования механосинтезированного цементита // Физика металлов и металловедение. 2014. Т. 115. № 6. С. 614–623.
11. Баринов В. А., Цурин В. А., Казанцев В. А., Суриков В. Т. Карбонизация -Fe при механосинтезе // Физика металлов и металловедение. 2014. Т. 115. № 1. С. 57–73.
12. Баринов В. А., Протасов А. В., Суриков В. Т. Исследование механосинтезированного χ-карбида Хэгга // Физика металлов и металловедение. 2015. Т. 116. № 8. С. 835–845.
13. Воронин В. И., Бергер И. Ф., Горностырев Ю. Н., Урцев В. Н., Кузнецов А. Р., Шмаков А. В. Состав цементита в зависимости от температуры. In-situ нейтронография и результаты ab-initio расчетов // Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2010. Т. 91. Вып. 3. С. 154–157.
14. Лободюк В. А. Размерный эффект при мартенситном превращении // Физика металлов и металловедение. 2005. Т. 99. № 2. С. 29–40.
15. Чирков П. В., Мирзоев А. А., Мирзаев Д. А. Тетрагональность и распределение атомов углерода в мартенсите Fe – C на основе молекулярно-динамического моделирования // Физика металлов и металловедение. 2016. Т. 117. № 1. С. 34–41.
16. Залкин В. М., Крапошин В. С. Строение железоуглеродистых расплавов. О стабильности цементита в расплавах // Металловедение и термическая обработка металлов. 2010. № 1. С. 15–18.
17. Баталева Ю. В., Пальянов Ю. Н., Борздов Ю. М., Баюков О. А., Соболев Н. В. Условия образования графита и алмаза из карбида железа при P, T-параметрах литосферной мантии // Геология и геофизика. 2016. Т. 57. № 1. С. 225–240.
18. Косолапова Т. Я. Карбиды. — М. : Металлургия, 1968. — 300 с.
19. Гуляев А. П. О диаграмме железо – углерод // Металловедение и термическая обработка металлов. 1990. № 7. С. 21.
20. Захаров А. М. Диаграммы состояния двойных и тройных систем. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Металлургия, 1978. — 295 с.
21. Окишев К. Ю. Анализ возможности перераспределения атомов углерода в решетке цементита // Вестник ЮУрГУ. Серия: Металлургия. 2011. Вып. 17. № 36. С. 56–60.
22. Медведева Н. И., Карькина Л. Е., Ивановский А. Л. Влияние эффектов атомного разупорядочения и нестехиометрии по углеродной подрешетке на зонную структуру цементита Fе3C // Физика
металлов и металловедение. 2003. Т. 96. № 5. С. 16–20.
23. Жуков А. А. О диаграмме состояния сплавов системы Fe – C // Металловедение и термическая обработка металлов. 1988. № 4. С. 2–9.
24. Жуков А. А. Геометрическая термодинамика сплавов железа. — 2-е изд, перераб. — М. : Металлургия, 1979. — 232 с.
25. Jae Hoon Jang, In Gee Kim, Bhadeshia H. K. D. H. ε-carbide in Alloy Steels: First-principles Assessment // Scripta Materialia. 2010. Vol. 63. P. 121–123.