Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия

К. Ю. Шахназаров, профессор кафедры материаловедения и технологии художественных изделий (МиТХИ), докт. техн. наук, эл. почта: karen812@yandex.ru
С. А. Вологжанина, профессор кафедры МиТХИ, докт. техн. наук, эл. почта: vologzhanina_sa@pers.spmi.ru
Р. М. Хузнахметов, аспирант кафедры МиТХИ

Трудно переоценить значение диаграммы состояния Fe – C, позволившей открыть новые границы в понимании свойств сплавов на основе железа, начало построения которой положено Д. К. Черновым, выдающимся российским металлургом, в своей научной деятельности связанным с ведущими вузами Санкт-Петербурга. Вместе с тем аномалии свойств и отсутствие их связи со структурой сплавов-смесей и диаграммой состояния известны около века, но не нашли объяснения. А. А. Бочвар, изучая свойства состоящих заведомо из чистых компонентов сплавов-смесей, сделал вывод: «Однозначной зависимости между составом и свойствами, как оказалось, вообще не существует». К такому же заключению пришел И. И Корнилов: «Но какую-либо строгую связь твердости с диаграммой состояния установить трудно». Гораздо более резко отметили Н. И. Беляев и Н. Т. Гудцов: «Видимый предел упругости не имеет никакой связи со структурой стали». Э. Гудремон, скрывая явную аномалию (максимум предела текучести) провел кривую мимо экспериментальной точки при ~0,5 % С. Максимум предела текучести отожженных сталей при ~0,5 % С показан П. Обергоффером в 1915 г., но оставлен без комментария. Выполнен анализ диаграммы состояния Fe – C с учетом трех вертикалей, нанесенных Д. К. Черновым в 1916 г., которые не учитывали в последующих редакциях диаграммы. Правило Н. С. Курнакова связывает изменение свойств сплавов с типом диаграммы состояния, однако не дает объяснения многочисленным аномалиям физико-механических свойств сплавов. В связи с этим предложен новый подход к анализу диаграммы состояния, учитывающий три вертикали Д. К. Чернова и линии диаграммы состояния с учетом концентрационных зависимостей и качественных интервалов кристаллизации (перекристаллизации). На основании установленных многочисленных аномалий физико-механических свойств расплавов, аустенита, мартенсита и ферритно-цементитной смеси декларированы промежуточные фазы (~Fe₄₂C, ~Fe₂₄C, ~Fe₁₀C), позволяющие открыть новый взгляд на открытую более 100 лет назад диаграмму. Декларируемые в статье промежуточные фазы могут быть применимы для объяснения аномалий физико-механических свойств промышленно используемых сталей.

1. Chernov D. K. Letter to the editor of the “Journal of the Russian Metallurgical Society”. Zhurnal Russkogo Metallurgicheskogo obshchestva. 1916. Part 1. No. 3-4. pp. 189–200.
2. Kornilov I. I. Physicochemical bases of heat resistance of alloys. Moscow : Izdatelstvo AN SSSR, 1961. 516 p.
3. Tyrkel E. History of the development of the iron-carbon diagram. Moscow : Mashinostroenie, 1968. 280 p.
4. Leontiev L. I., Tsukanov V. V., Smirnova D. L. The role of D. K. Chernov in the creation and development of the doctrine of modern metallurgy and metal science. Part 1. The main theoretical and industrial discoveries of D. K. Chernov. Izvestiya vuzov. Chernaya Metallurgiya. 2020. Vol. 63. No. 10. pp. 796–801. DOI: 10.17073/0368-0797-2020-10-796-801
5. Leontiev L. I., Tsukanov V. V., Smirnova D. L. The role of D. K. Chernov in the creation and development of the doctrine of modern metallurgy and metal science. Part 2. Scientific and practical confirmation of the D. K. Chernov`s ideas. Izvestiya vuzov. Chernaya Metallurgiya. 2020. Vol. 63. No. 11-12. pp. 873–877. DOI: DOI: 10.17073/0368-0797-2020-11-12-873-877
6. Bazhin V. Yu. Modern view on anomalies in metal groups of the D. I. Mendeleyev`s Periodic table. Zapiski Gornogo instituta. 2020. Vol. 239. pp. 520–527.
7. Meskin V. S. Ferromagnetic alloys and their properties. Leningrad, Moscow : ONTI NKTP, 1937. 791 p.
8. Ershov G. S., Poznyak L. A. Microheterogeneity of metals and alloys. Moscow : Mashinostroenie, 1985. 214 p.

9. Anikeev V. V., Zonnenberg N. N., Nikitin V. I. Heredity of the influence of the composition of charge materials on the quality of steel castings. Sovremennaya nauka: aktualnye problemy i puti ikh resheniya. 2015. No. 7 (20). pp. 14–19.
10. Hansen M. Structures of binary alloys. In 2 volumes. Vol. 1. Leningrad, Moscow : Metallurgizdat, 1941. 640 p.
11. Litvinenko V. S., Dvoinikov M. V. Methodology for determining the parameters of drilling mode for directional straight sections of well using screw downhole motors. Journal of Mining Institute. 2020. Vol. 241. pp. 105–112. DOI: 10.31897/pmi.2020.1.105
12. Milyuts V. G., Tsukanov V. V., Pryakhin E. I., Nikitina L. B. Development of manufacturing technology for high-strength hull steel reducing production cycle and providing high-quality sheets. Journal of Mining Institute. 2019. Vol. 239, Iss. 5. pp. 536–543. DOI: 10.31897/pmi.2019.5.536
13. Bazhin V. Yu., Issa B. Influence of heat treatment on the microstructure of steel coils of a heating tube furnace. Journal of Mining Institute. 2021. Vol. 249. pp. 393–400.
14. Gudremon E. Special steels. In 2 volumes. Vol. 1. Moscow : Metallurgizdat, 1959. 952 p.
15. Moroz L. S. Fine structure and strength of steel. Moscow : Metallurgizdat, 1957. 159 p.
16. Oberhoffer P. Technical iron. Moscow, Leningrad : Metallurgizdat, 1940. 535 p.
17. Yuryev A. A., Gromov V. E., Grishunin V. A., Peregudov O. A. et al. Mechanisms of destruction of lamellar pearlite of differentially hardened rails during long-term operation. Fundamentalnye problemy sovremennogo materialovedeniya. 2017. Vol. 14. No. 4. pp. 438–444.
18. Schipachev А. M., Aljadly M., Ganzulenko O. Y., Chernikov D. G. et al. Evaluating the effectiveness of magnetic-pulse treatment for healing continuity defects in the metal of oil and gas pipelines. Metals. 2023. Vol. 13, Iss. 11. 1875.
19. Elansky G. N., Kudrin V. A. Structure and properties of liquid metal — smelting technology — quality of steel. Moscow : Metallurgiya, 1984. 239 p.
20. Vasilyev A. A., Sokolov D. M., Sokolov S. S. Investigation and modeling of the effect of predeformation of austenite on the kinetics of ferritic transformation. Letters on Materials. 2021. Vol. 11, Iss. 1. pp. 90–94. DOI: 10.22226/2410-3535-2021-1-90-94
21. Samarin A. M., Fedotov S. G., Fedotov I. P., Sinodova E. P. Structure and properties of iron-carbon alloys. Collection “Metal Science”. Proceedings of the Symposium on metallurgy and metal science dedicated to the 100^th anniversary of the discovery of iron polymorphism by D. K. Chernov. Moscow : Nauka, 1971. pp. 231–235.
22. Baum B. A., Khasin G. A., Tyagunov G. V., Klimenkov E. A. et al. Liquid steel. Moscow : Metallurgiya, 1984. 208 p.
23. Tkachenko S. S., Emelianov V. O. Modern investment casting technology for production of artistic castings. Lityo i metallurgiya. 2021. No. 1. pp. 49–52.
24. Vertman A. A., Samarin A. M. Properties of iron melts. Moscow : Nauka, 1969. 280 p.
25. Pustovoyt V. N., Dolgachev Yu. V., Karavaev V. P. Decomposition of residual austenite in U12 steel during processing in a magnetic field. Tendentsii razvitiya nauki i obrazovaniya. 2021. Vol. 70-2. pp. 71–73. DOI: 10.18411/lj-02-2021-57
26. Elansky G. N. Structure and properties of metallic melts. Moscow : Metallurgiya, 1991. 160 p.
27. Yurchenko A. N., Marieva M. A., Grebenkin R. D., Simonov Yu. N. Determination of critical temperature values Aс1 and Aс3 in steels of the alloying system Kh2G2S2MF using the dilatometric method and the test hardening method. Vestnik Permskogo natsionalnogo issledovatelskogo politekhnicheskogo universiteta. Mashinostroenie, materialovedenie. 2019. Vol. 21. No. 3. pp. 85–92. DOI: 10.15593/2224-9877/2019.3.10
28. Pryakhin E. I., Sharapova D. M. Repair ability of low-alloyed steel strength of K70 (X90) class. Key Engineering Materials. 2020. Vol. 836. pp. 131–135.
29. Alekseev V. I., Barakhtin B. K., Zhukov A. S. Chemical heterogeneity as a factor in increasing the strength of steels manufactured using selective laser melting technology. Zapiski Gornogo instituta. 2020. Vol. 242. pp. 191–196. DOI: 10.31897/PMI.2020.2.191
30. Piiraynen V. Yu., Nikitina T. Yu. New in the production of cast armor plates for ball mills. Liteynoe proizvodstvo. 2020. No. 3. pp. 36–41.
31. Tsukanov V. V., Smirnova D. L., Efimov S. V., Titova T. I. et al. Computer modeling of the modes of the main heat treatment of a forged billet made of 20Kh3MVFA steel. Tyazheloe mashinostroenie. 2020. No. 9. pp. 2–9.
32. Davydov S. V., Filippov R. A., Moroz A. A. Low-temperature decomposition of pearlite in ironcarbon alloys by the reaction of peritectoid transformation. Naukoemkie tekhnologii v mashinostroenii. 2021. No. 2 (116). pp. 3–13. DOI: 10.30987/2223- 4608-2021-2-3-13
33. Ivanova V. S., Terentyev V. F. Physical nature and patterns of destruction. Collection “Metal Science”. Proceedings of the Symposium on metallurgy and metal science dedicated to the 100^th anniversary of the discovery of iron polymorphism by D. K. Chernov. Moscow : Nauka, 1971. pp. 100–107.
34. Okishev K. Yu. Calculation of diagrams of isothermal decomposition of austenite in structural steels. Vestnik Permskogo natsionalnogo issledovatelskogo politekhnicheskogo universiteta. Mashinostroenie, materialovedenie. 2020. Vol. 22. No. 2. pp. 82–89. DOI: 10.15593/2224-9877/2020.2.10
35. Gorynin V. I., Olenin M. I., Mikhailov M. S., Kondratyev S. Y. Effect of medium-temperature additional tempering on the carbide phase and cold resistance of heat-hardenable steel 09G2SA-A. Metal Science and Heat Treatment. 2019. Vol. 60, Iss. 11-12. pp. 722–727.
36. Syrkov A. G., Prokopchuk N. R., Vorobiev A. G., Brichkin V. N. Academician N. S. Kurnakov as the founder of physico-chemical analysis – the scientific base for the development of new metal alloys and materials. Tsvetnye Metally. 2021. No. 1. pp. 77–83.
37. Davydov S. V. Carbide transformation of peritectoid type in Fe-C alloys. Metallurgiya mashinostroeniya. 2020. No. 4. pp. 17–26.
38. Kurganov Yu. A., Shcherbakov S. P. Effect of discrete addition of aluminum oxide on the structure and properties of aluminum alloy. Zapiski Gornogo instituta. 2020. Vol. 228. pp. 717–721.
39. Kornilov I. I. Status and prospects of research in the field of metallides. Collection “Metal Science”. Proceedings of the Symposium on metallurgy and metal science dedicated to the 100^th anniversary of the discovery of iron polymorphism by D. K. Chernov. Moscow : Nauka, 1971. pp. 246–257.