Донской государственный технический университет (Ростов-на-Дону, Россия)

В. Н. Пустовойт, докт. техн. наук
Ю. В. Долгачев, докт. техн. наук, yuridol@mail.ru

Изотермическая закалка на структуру нижнего бейнита позволяет получать более высокие показатели конструктивной прочности по сравнению с обычной закалкой и отпуском. Происходящее промежуточное превращение отличает особый механизм – одновременное протекание процессов сдвигового перехода и диффузионный отвод углерода от движущейся межфазной границы. Целью работы было определение возможности полезного изменения структуры бейнита, для чего изучались процессы изотермической закалки в условиях действия внешнего постоянного магнитного поля напряженностью до 2 МА/м. Исследования проводились на разных железоуглеродистых сплавах, преимущественно конструкционных легированных сталях. Установлено, что влияние магнитного поля при изотермическом превращении аустенита в области температур промежуточного превращения приводит к изменению кинетики процесса, морфологии продуктов реакции, диспергированию структуры и особенностям карбидообразования. Наблюдаемые изменения в микроструктуре и твердости уже свидетельствовали об увеличении скорости процесса распада аустенита. Данные об объемной доле бейнита при различных режимах позволили построить кинетические зависимости. Анализ тонкой структуры показал, что влияние магнитного поля проявляется не только в повышении дисперности бейнита, но и во внутренней фрагментации кристаллов α-фазы. Эти изменения были объяснены на основе представлений о магнитной гетерогенности аустенита и влиянии на процесс зарождения α-фазы бейнита магнитострикционных напряжений в ферромагнитноупорядоченных кластерах в исходной α-фазе. Увеличение скорости бейнитной реакции при изотермической закалке в магнитном поле приводит к повышению дисперсности и фрагментации кристаллов α-фазы, более предпочтительному расположению карбидов и усилению вклада твердорастворного упрочнения. Совокупность этих структурных изменений должна благоприятно отразиться на механических свойствах, что является предметом дальнейших исследований.

1. Курдюмов Г. В., Утевский Л. М., Энтин Р. И. Превращение в железе и стали. – М. : Наука, 1977. – 230 с.

2. Hehemann R. F., Kinsman K. R., Aaronson H. I. A debate on the bainite reaction // Metall Trans. V. 3. 1972. pp. 1077–1094. DOI: 10.1007/BF02642439
3. Разумов И. К. Возможные механизмы формирования бейнитных колоний // Физика твердого тела. 2019. Т. 61. № 2. С. 220–223. DOI: 10.21883/FTT.2019.02.47116.212
4. Калетин А. Ю., Калетина Ю. В., Рыжков М. А. Бескарбидный бейнит в низкоуглеродистых конструкционных сталях // Письма о материалах. 2020. Т. 10. № 3 (39). С. 249–253. DOI: 10.22226/2410-3535-2020-3-249-253
5. Lan L., Yu M., Qiu C. On the local mechanical properties of isothermally transformed bainite in low carbon steel // Materials Science and Engineering: A. 2019. V. 742. pp. 442–450.
6. Калетин А. Ю., Калетина Ю. В. Разработка способа оценки уровня ударной вязкости изотермически закаленной конструкционной стали // Металловедение и термическая обработка металлов. 2023. № 11. С. 10–15.
7. Мохапатра Д. Н., Кумар Д. С., Балачандран Г. Механические свойства низколегированной низкоуглеродистой стали после термической обработки на бейнит с TRIP активацией, на дуплексную структуру высокой вязкости, по Q&P технологии и на бейнитный феррит // Металловедение и термическая обработка металлов. 2025. № 4. С. 3–15.
8. Мирзаев Д. А., Мирзоев А. А., Булдашев И. В., Окишев К. Ю. Термодинамический анализ возникновения тетрагонального бейнита в сталях // Физика металлов и металловедение. 2017. Т. 118. № 6. С. 547–553. DOI: 10.7868/S0015323017060067
9. Попелюх П. А., Попелюх А. И., Юркевич М. Р. Комбинированная термомеханическая обработка стали с мартенсито-бейнитным превращением аустенита // Обработка металлов. 2013. № 2 (59). С. 62–68.
10. Юрченко А. Н., Симонов Ю. Н. Микроструктурные особенности, механические свойства и термическая обработка бейнитных сталей // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2016. Т. 18. № 3. С. 160–181.
11. Dolgachev Yu. V., Pustovoit V. N. The model of austenite structure state taking into account fluctuations of magnetic nature // CIS Iron and Steel Review. 2022. Vol. 24. pp. 74–78.
12. Долгачев Ю. В., Пустовойт В. Н., Вернигоров Ю. М. Зарождение мартенсита напряжения в состоянии предмартенситной неустойчивости решетки // Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don). 2024. Т. 24. № 1. С. 58–65. DOI: 10.23947/2687-1653-2024-24-1-58-65
13. Пустовойт В. Н., Долгачев Ю. В. Особенности структуры мартенсита, полученного при закалке стали в магнитном поле в температурном интервале сверхпластичности аустенита // Металловедение и термическая обработка металлов. 2011. № 11 (677). С. 3–7.
14. Пустовойт В. Н., Долгачев Ю. В., Рожкова В. М. Энергетические особенности образования зародышей мартенсита и кинетика гамма-альфа перехода при действии внешнего магнитного поля // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2015. № 5 (160). С. 131–135.
15. Долгачев Ю. В., Пустовойт В. Н., Нефедов Д. В. Стимуляция бейнитного сценария превращения внешним магнитным полем // Безопасность техногенных и природных систем. 2024. Т. 8. № 1. С. 88–96. DOI: 10.23947/2541-9129-2024-8-1-88-96
16. Кривоглаз М. А., Садовский В. Д., Смирнов Л. В., Фокина Е. А. Закалка стали в магнитном поле. – М. : Наука, 1977. – 120 с.
17. Счастливцев В. М., Зельдович В. И. Влияние экстремальных воздействий на структуру и свойства сплавов // Физика металлов и металловедение. 2018. Т. 119. № 9. С. 909–912. DOI: 10.1134/S0015323018090097
18. Dong B. et al. Microstructure features and carbon partitioning in low temperature bainitic steels: The effect of magnetic field // Materials Characterization. 2023. V. 196. p. 112635.
19. Cheng S. et al. Magnetic field-assisted heat treatment for controlling microstructure and synergistic enhancement of strength-plasticity in lowtemperature bainitic steel // Journal of Materials Research and Technology. 2025. V. 40. pp. 741–751.
20. You Z. Q. et al. Thermodynamic mechanism of the magnetic-field-induced carbon content variation in bainitic ferrite during super bainite transformation // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2022. Т. 560. p. 169558.
21. Бокштейн Б. С. Диффузия в металлах. – М. : URSS, 2025. – 248 с.
22. Bhadeshia H. K. D. H. Bainite in Steels: Theory and Practice, Third Edition. – CRC Press, 2019. – 616 p.
23. Samanta S., Biswas P., Singh S. B. Analysis of the kinetics of bainite formation below the Ms temperature // Scripta Materialia. 2017. V. 136. рр. 132–135.

24. Александров Л. Н., Любов Б. Я. Теоретический анализ кинетики распада пересыщенных твердых растворов // Успехи физических наук. 1961. Т. 75 (9). С. 117–150. DOI: 10.3367/UFNr.0075.196109d.0117
25. Александров Л. Н., Любов Б. Я. Рост кристаллов бейнита // Доклад АН СССР. 1962. Т. 15 (3). С. 552.
26. Хирт Дж, Лоте П. Теория дислокаций. – М. : Атомиздат, 1972. – 600 с.
27. Таблицы физических величин: Справочник / Под ред. И. К. Кикоина. – М. : Атомиздат, 1976. – 1005 с.
28. Вонсовский С. В. Магнетизм. Магнитные свойства диа-, пара, ферро-, антиферро-, и ферримагнетиков. – Москва: Наука, 1971. – 1032 с.
29. Honeycombe R. W., Pickering F. B. Ferrite and bainite in alloy steels // Metallurgical Transactions. 1972. V. 3. N. 5. pp. 1099–1112.
30. Smith D. W., Hanemann R. F. Influence of structural parameters on the yield strength of tempered martensite and lower bainite // The Journal of the Iron and Steel Institute. 1971. V. 209 (6). pp. 476–481.
31. Леонтьев Б. А. Исследование механизма и кинетики сдвигового превращения аустенита: автореферат. диссертации. – Свердловск : ИФМ УНЦ АН СССР, 1971. – 81 с.
32. Boda G. D., Mack D. J. The gamma-to-alpha transformation in iron // Metallurgical and Materials Transactions B. 1970. V. 1. N. 5. pp. 1455–1458.