Влияние внешних напряжений на тетрагональность мартенсита углеродистых сталей

Abstract

Рассмотрена теория упорядочения атомов углерода в кристаллической решетке железа, основанная на идее о неравномерном заполнении октаэдрических междоузлий. Определено, что внешнее напряжение скачкообразно уменьшает параметр порядка и, соответственно, степень тетрагональности решетки. Показано, что вместе с условием экстремума свободной энергии необходимо рассмотрение условия равновесия, совместное численное решение этих уравнений позволяет определить зависимости критического напряжения, при котором параметр порядка уменьшается до нуля, от температуры и концентрации углерода. Нулевая величина параметра порядка означает равномерное распределение атомов углерода по подрешеткам и, следовательно, кубическую решетку. Методом молекулярной динамики с межчастичным потенциалом погруженного атома (ЕАМ) проведено компьютерное моделирование перераспределения атомов углерода по подрешеткам под действием внешнего напряжения. Обнаружено, что при сжатии вдоль оси Oz происходит миграция атомов углерода, в результате чего происходит смена оси тетрагональности и формируется упорядоченное состояние вдоль оси Ox или Oy, причем выбор направления осуществляется случайным образом. С помощью моделирования получены концентрационные и температурные зависимости критического напряжения. Наблюдается удовлетворительное согласие между теоретическими данными и результатами моделирования. The theory of carbon atoms’ ordering in iron martensite based on the idea of non-uniform filling of octahedral interstices is considered. The results show that external pressure decreases the long-range order parameter and the degree of tetragonality abruptly. It is shown that an equilibrium condition needs to be considered together with free energy minimum requirement. Joint solution of these equations gives the critical stress value that turns the order parameter to zero, as a function of temperature and carbon content. Zero value of the order parameter means that the distribution of carbon atoms among sublattices is uniform, and, thus, the lattice is cubic. Molecular dynamics method with EAM interatomic potential was applied to model redistribution of carbon atoms over sublattices under external stress. It was found that migration of carbon atoms from z octahedral interstices occurs under compression along Oz axis, so that the tetragonality direction changes from Oz axis to Ox or Oy, with exact direction being determined randomly. The dependences of critical stress on temperature and carbon content were obtained. The computer simulation results are consistent with theoretical data.