Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы): необходимость тщательного исследования температурной зависимости свойств железа обусловлена следующим: оно является «главной» основой «главных» промышленных сплавов (сталей); его низкотемпературная ОЦК-конфигурация атомов уникальна и не имеет право на существование, но существует; его теплоемкость «не подчиняется» теории Дебая вблизи не только точки Кюри (~770°C), но и при ~200, ~450 и ~650°C, что приводит к предположениям о превращениях в нем вблизи этих температур. Цель работы: на основании литературных и собственных экспериментальных данных обосновано превращение в железе при ~200, ~450 и ~650°C для объяснения свойств сталей. Используемые методы: исследование проводили на образцах из практически чистого железа (0,008% С). Эксперимент (рентгеноструктурный анализ, сопротивление осадке (установка Gleeble-3800) проводили через каждые 20°C. Методика основана на следующих суждениях. Б.Г. Лившиц: «При изучении фазового равновесия можно пользоваться любым свойством»; А.А. Вертман, А.М. Самарин: «В качестве структурно чувствительных свойств можно выбрать любое примерно из 50 свойств, используемых ныне в физико-химическом анализе»; А.А. Бочвар: «В качестве измеряемого физического свойства можно взять твердость…, электропроводность…, плотность, коэффициент линейного расширения и т.д.». Новизна: на основании собственных экспериментальных и литературных данных по аномалиям физико-механических свойств железа (и его производного сталей) обосновывается превращение в нем при ~650, ~450, ~200°C. Признание превращений при этих температурах позволяет дать объяснение природы многочисленных аномалий свойств железа и сталей. Результат: в статье на основании экстремумов на кривых: усилия сопротивления осадки, тонкой структуры железа в зависимости от температуры, а также многочисленных литературных данных по физико-механическим свойствам железа (и сталей) декларируются превращения при ~200, ~450 и ~650°C. Практическая значимость: признание предполагаемых превращений позволяет объяснить многочисленные аномалии свойств железа и сталей, а также дает возможность прогнозирования свойств сталей, термическая обработка которых включает их пребывание при вышеуказанных температурах.
Ключевые слова
Железо, сталь, полиморфизм, превращение, трип-эффект, твердость, прочность, пластичность, теплоемкость.
1. Гаев И.С., Шеянова Е.В. Полиморфизм и его влияние на свойства железа // Металловедение: материалы симпозиума по металлургии и металловедению, посвященного 100-летию открытия Д.К.Черновым полиморфизма железа. М.: Наука, 1971. С. 26 − 35.
2. Тыркель Е. История развития диаграммы железо − углерод. М.: Машиностроение, 1968. 280 с.
3. Гудремон Э. Специальные стали. В 2-х т. Т.1. М.: Металлургиздат, 1959. 952 с.
4. Обергоффер Э. Техническое железо. М.; Л.: Металлургиздат, 1940. 535 с.
5. Савицкий Е.М. Влияние температуры на механические свойства металлов и сплавов. М.: Изд-во АН СССР, 1957. 294 с.
6. Морозов О.П. О некоторых закономерностях превращения в железе при охлаждении с высокими скоростями / О.П. Морозов, Д.А. Мирзаев, М.М. Штейнберг // ФММ. 1971. Т.32. №6. С. 1290−1296.
7. Шахназаров К.Ю., Шахназаров А.Ю. 430±30°С – узловая (критическая) температура железа и углеродистой стали // МиТОМ. 2001. №11. С. 24−25.
8. Малышев К.А. Фазовый наклеп аустенитных сплавов на железоникелевой основе / К.А. Малышев, В.В. Сагарадзе, И.П. Сорокин, Н.Д. Земцова, В.А Теплов, А.И. Уваров. М.: Наука, 1982. 260 с.
9. Васильева А.Г., Погодин-Алексеев Г.И. Аномалия прочности и пластичности в межкритическом интервале // МиТОМ. 1957. №1. С. 23−29.
10. Powell R.W. Further measurements of the thermal and electrical conductivity of iron at high temperatures // The proceedings of the physical society. 1939. V. 51. Part 3. №285. P. 407–418.
11. Могутнов Б.М., Томилин И.А., Шварцман Л.А. Термодинамика железоуглеродистых сплавов. М.: Металлургия, 1972. 328 с.
12. Лившиц Б.Г. Физические свойства сплавов. М.: Металлургиздат, 1946. 320 с.
13. Бозорт Р. Ферромагнетизм. М.: Изд-во иностр. лит., 1956. 784 с.
14. Schulze A. Uber eine besondere erscheinung bei umwandlungen, die sich über ein temperaturgebiet erstrecken // Zeitschrift für metallkunde. 1935. Bd. 27. №11. S. 251−255.
15. Новиков И.И. Теория термической обработки. М.: Металлургия, 1978. 392 с.
16. Крамаров М.А., Шахназаров Ю.В. Сопротивление распостранению трещины стали 40Х в зависимости от температуры отпуска // МиТОМ. 1971. №7. С. 76−77.
17. Мороз Л.С. Тонкая структура и прочность стали. М.: Металлургиздат, 1957. 159 с.
18. Перлит в углеродистых сталях / В.М. Счастливцев, Д.А. Мирзаев, И.Л. Яковлева, К.Ю. Окишев, Т.И. Табатчикова, Ю.В. Хлебникова. Екатеринбург: УрО РАН, 2006. 311 с.
19. Садовский В.Д., Фокина Е.А. Остаточный аустенит в закаленной стали. М.: Наука, 1968. 113 с.
20. Григорович В.К. Электронное строение и термодинамика сплавов железа. М.: Наука, 1970. 292 с.
21. Садовский В.Д. Итоги дискуссии по отпускной хрупкости // МиТОМ. 1957. №6. С. 24−42.
22. Рудницкий Н.П. Статические механические свойства стали АК29 в диапазоне температур 290−1500 К // Металлы. 2003. №1. С. 57−62.
23. Устиновщиков Ю.И., Банных О.А. Природа отпускной хрупкости сталей. М.: Наука, 1984. 240 с.
24. Лозинский М.Г. Высокотемпературная металлография. М.: Машгиз, 1956. 312 с.
25. Гриднев В.Н., Петров Ю.Н., Трефилов В.И. Вопросы физики металлов и металловедения. Киев: Изд-во АН УССР, 1960. №10.
26. Лившиц Б.Г., Крапошин В.С., Линецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1980. 320 с.
27. Могутнов Б.М., Томилин И.А., Шварцман Л.А. Термодинамика железоуглеродистых сплавов. М.: Металлургия, 1972. 328 с.
28. Шахназаров Ю.В., Андреева В.Д. Твердость и ширина рентгеновской линии углеродистых и среднелегированных сталей после отпуска при 20–670°С // Материаловедение, пластическая и термическая обработка. СПб., 2001. С. 34–36.
29. Физическое металловедение / Я.С. Уманский, Б.Н. Финкельштейн, М.Е. Блантер, С.Т. Кишкин М.: Металлургиздат, 1955. 724 с.
30. Мороз Л.С., Чечулин Б.Б. Водородная хрупкость металлов. М.: Металлургия, 1967. 256 с.
31. Бабич В.К., Гуль Ю.П., Долженков И.Е. Деформационное упрочнение стали. М.: Металлургия, 1972. 320 с.
32. Белоус М.В., Черепин В.Т., Васильев М.А. Превращение при отпуске стали. М.: Металлургия, 1973. 323 с.
33. Кубашевский О., Гопкинс Б. Окисление металлов и сплавов. М.: Металлургия,1965. 429 с.
34. Белл Дж.Ф. Экспериментальные основы механики деформируемых твердых тел. М.: Наука, 1984. Ч. 1. 600 с.
35. Кутяйкин В.Г. Влияние деформации и термической обработки при металлургическом переделе на искажения кристаллической решетки и механических свойств сталей // МиТОМ. 2002. №8. С. 13–7.
36. Курдюмов Г.В., Утевский Л.М., Энтин Р.И. Превращения в железе и стали. М.: Наука, 1977. 236 с.
37. Лившиц Б.Г. Физические свойства сплавов. М.: Металлургиздат, 1946. 320 с.