Анализ тетрагональности кристаллической решётки мартенсита сплавов Fe–C в модели жёстких атомов-шаров

Abstract

Модель укладки твердых атомов-сфер использована в статье для выяснения ряда вопросов, затрагивающих мартенситное превращение в углеродистых сталях. Рассмотрена деформация, которая возникает, когда сферический атом углерода с радиусом 0,77 Å помещают в октаэдрическую пору z-подрешетки внедрения железа. Показано, что смещения атомов железа, лежащих на оси oz, оказывается столь значительными, что они блокируют от возможного заполнения две ближайшие следующие октаэдрические поры. Они будут деблокированы только в том случае, когда четыре атома углерода займут аналогичные поры на ребрах элементарной ячейки и вновь удалят атомы железа от заблокированных пор. Был сделан расчет количества атомов углерода в элементарной ячейке в зависимости от содержания углерода в стали. Оказалось, что количество атомов углерода в ячейке равное 0,5 достигается при концентрации углерода 5,13 масс. %. Следовательно, практически у всех закаленных конструкционных и инструментальных сталей в среднем не происходит заполнения даже одной октаэдрической поры в центре грани. В рамках данной модели рассчитаны параметры решетки a и c, которые сопоставлены с экспериментальными данными, полученными академиком Г.В. Курдюмовым. Показано их очень хорошее согласие для параметра c и менее точное – для параметра a, что, с нашей точки зрения, обусловлено отсутствием информации о коэффициенте Пуассона для процессов в атомном масштабе. Разработан метод определения параметров решётки идеального мартенсита, у которого все z-поры заняты атомами углерода. The model of packaging solid atoms-spheres was used in the article to clarify a number of issues affecting martensitic transformation in carbon steels. The deformation that occurs when a spherical carbon atom with a radius of 0.77 Å is placed in the octahedral pore of the z-sublattice of iron incorporation is considered. It is shown that the displacements of iron atoms lying on the oz axis are so significant that they block the next two octahedral pores from possible filling. They will be released only when four carbon atoms occupy similar pores on the edges of the unit cell and again remove iron atoms from the blocked pores. The calculation was made of the number of carbon atoms in the unit cell, depending on the carbon content in the steel. It turned out that the number of carbon atoms in the cell equal to 0.5 is achieved at a carbon concentration of 5.13 wt. %. Consequently, almost all hardened structural and tool steels on average do not fill even one octahedral pore in the center of the face. Within the framework of this model, the lattice parameters a and c are calculated, which are compared with the experimental data obtained by academician G.V. Kurdyumov. Their very good agreement is shown for parameter c and less accurate for parameter a, which, from our point of view, is due to the lack of information about the Poisson ratio for processes on the atomic scale. A method has been developed for determining the lattice parameters of an ideal martensite, in which all z-pores are occupied by carbon atoms.