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

Выполнены оригинальные металлографические исследования отожженной среднеуглеродистой стали (сталь 45, сталь 40Х и сталь 35ХГСА) в целях выявления протекания в перлите данных сталей низкотемпературного карбидного превращения перитектоидного типа, при котором твердые растворы феррита и цементита образуют твердый раствор широкой области гомогенности на основе ε-карбида Fe₂C. Обнаружено, что большинство включений цементита перлита стали 45 почти целиком покрыты светло-серой «пенной» оболочкой из наноглобулярных кристаллов ε-карбида Fe₂C. В процессе сокристаллизации ε-карбида Fe₂C на пластинках цементита перлита стали 45 выделяются три морфологических типа структуры ε-карбида Fe₂C: «пенная» глобулярная оболочка, гранулированные «наросты» и обволакивание частиц распавшихся и частично растворенных пластин цементита. Хром, входящий в состав стали 40Х, резко тормозит перитектоидное превращение. На многих пластинах цементита перлита, обогащенных хромом, поверхность гладкая. В зонах, где концентрация хрома низкая, процесс образования ε-карбида Fe₂C протекает активно, с образованием отдельных участков со светло-серой «пенной» оболочкой из наноглобулярных кристаллов ε-карбида Fe₂C. Можно ожидать, что в высоколегированных хромистых сталях перитектоидное превращение может быть полностью заблокировано через стабилизацию цементита хромом или его трансформацию в термодинамически стабильные высокохромистые карбиды. В стали 30ХГСА зафиксирована резкая интенсификация процесса перитектоидного превращения твердых растворов феррита и цементита, входящих в состав перлита. Причиной ускорения процесса распада цементита перлита на отдельные фрагменты и интенсификации выделения ε-карбида Fe₂C в виде столбчатых кристаллов между пластинами цементита перлита является кремний и марганец, входящие в состав стали 30ХГСА. Следствием ускорения распада мартенсита является изменение морфологии выделяющихся кристаллов ε-карбида Fe₂C с «пенных» нанокристаллов ε-карбида Fe₂C, характерных для стали 45 и стали 40Х, на гранулированные. Также произошла интенсивная фрагментация или распад пластин цементита с появлением плоскопараллельных границ между фрагментами и образованием крупных продольных плоских включений ε-карбида Fe₂C свыше 100 нм, ось которых преимущественно перпендикулярна оси пластины цементита. На основании выполненных экспериментов можно считать доказанным наличие низкотемпературного карбидного перитектоидного фазового превращения в системе сплавов Fe – C как результат взаимодействия твердых растворов феррита и цементита при температуре 382 °C с образованием твердого раствора на основе ε-карбида Fe₂C с широкой областью гомогенности. Влияние химического состава стали на перитектоидное превращение между твердыми растворами феррита и цементита открывает дополнительные возможности регулирования микроструктуры перлита, например степень дисперсности перлита, которая оказывает определяющее влияние на целый ряд эксплуатационных характеристик стали, таких как износостойкость, предел текучести и др.

1. Цементит в углеродистых сталях : коллективная монография / под ред. В. М. Счастливцева. — Екатеринбург : Издательство УМЦ УПИ, 2017. — 379 с.
2. Баринов В. А., Казанцев В. А., Суриков В. Т. Температурные исследования механосинтезированного цементита // Физика металлов и металловедение. 2014. Т. 115. № 6. С. 614–623.
3. 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.
4. Воронин В. И., Бергер И. Ф., Горностырев Ю. Н., Урцев В. Н., Кузнецов А. Р. и др. Состав цементита в зависимости от температуры. In-situ нейтронография и результаты ab-initio расчетов // Письма в ЖЭТФ. 2010. Т. 91. Вып. 3. С. 154–157.
5. Лободюк В. А. Размерный эффект при мартенситном превращении // Физика металлов и металловедение. 2005. Т. 99. № 2. С. 29–40.
6. Gavriulik V. G., Theisesn W., Sirosh V. V., Polshin E. V., Mogilny G. S. Low-temperature martensitic trasnformation in tool steels in relation to their deep cryogenic treatment // ActaMater. 2013. Vol. 61. No. 5. P. 1705–1715.
7. 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.
8. 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, Iss. 20. P. 5241–5245.
9. Kundu S., Bhadeshia H. K. D. H. Crystallographic texture and intervening transformations // Scripta Materialia. 2007. Vol. 57, Iss. 9. P. 869–872.
10. Shibata A., Morito S., Furuhara T., Maki T. Substructure of lenticular martensites with different martensite start temperatures in ferrous alloys // Acta Materialia. 2009. Vol. 57. No. 2. P. 483–492.
11. 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.
12. Коняева М. А., Медведева Н. М. 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.
13. Баринов В. А., Цурин В. А., Казанцев В. А., Суриков В. Т. Карбонизация α-Fe при механосинтезе // Физика металлов и металловедение. 2014. Т. 115. № 1. С. 57–73.
14. 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.
15. Давыдов С. В. Перитектоидное карбидное превращение на основе ε-карбида Fе₂С в сплавах системы Fе – C. Часть 1. Основы теории // Черные металлы. 2020. № 11. С. 15–21.
16. 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.