Nonequilibrium Thermodynamic Model of Diffusionless Transformation of an Austenite in Alloys on the Base of Iron

Abstract

Разработана неравновесная термодинамическая модель бездиффузионного превращения аустенита в железе и сплавах на его основе с учётом действующих в системе внутренних напряжений. Найдены уравнения движения Онзагера для модельной термодинамической системы, описывающей бездиффузионное превращение, и кинетические уравнения для изменения деформаций и скорости роста α-фазы. Построена схема бездиффузионных превращений аустенита, включающая нормальное и мартенситное превращения как предельные случаи.Ключевые слова: неравновесная термодинамика, бездиффузионное превращение, уравнения движения, сплавы на основе железа, аустенит.Розроблено нерівноважний термодинамічний модель бездифузійного перетворення аустеніту у залізі та стопах на його основі з урахуванням діючих у системі внутрішніх напружень. Знайдено Онзагерові рівняння руху для модельної термодинамічної системи, яка описує бездифузійне перетворення, та кінетичні рівняння для зміни деформацій і швидкости росту α-фази. Побудовано схему бездифузійних перетворень аустеніту, що включає нормальне та мартенситне перетворення як граничні випадки. Ключові слова: нерівноважна термодинаміка, бездифузійне перетворен-Оттиски доступны непосредственно от издателя Ôотокопирование разрешено только в соответствии с лицензией  2018 ÈÌÔ (Èнститут металлофизики им. Ã. В. Êурдюмова НÀН Óкраины) Напечатано в Óкраине. 1438 С. В. БОБЫРЬ ня, рівняння руху, стопи на основі заліза, аустеніт.Nonequilibrium thermodynamic model of diffusionless transformation of an austenite in iron and alloys based on it is developed, taking into account internal stresses in the system. Onsager motion equations for a model thermodynamic system describing a diffusionless transformation and kinetic equations for changing deformations and growth rates of the α-phase are found. A scheme of diffusionless transformations of austenite is constructed, including the normal and martensitic transformations as limiting cases.

Kinetics of Formation of Martensitic Crystals in Iron-Based Alloys

“…The system of equations (3) describes the contribution of stresses and strains to the diffusionless transformation of austenite. The solution to the system of equations (3) has the form [17]:…”

“…where v-velocity of microstrain propagation in the sample (∼1000 m/s) [2], L-the characteristic distance over which the shear microstrain extends (length of martensite laths or plates). At the initial stage of the formation of the shear structure, it has a value of the order of the austenite grain diameter (∼100 µm), and then decreases with decreasing temperature [1,17]. From expression (4), we can conclude that the growth rate of particles of the α-phase depends on the stresses in the γ-phase.…”

“…Inequality (5) determines the condition for the formation of 'athermal' martensite, when the self-diffusion component does not affect the formation of the shear structure. The L 11 coefficient is related by a simple expression to the iron self-diffusion coefficient L 11 = Dγ/RT (see [1,17]). Therefore, the quantity L 11 ∆ϕ can be called the self-diffusion component.…”

“…The thermodynamic condition (17) establishes one more feature of the martensitic transformation and gives an answer to the question why it begins at a certain temperature Mn [22]. It shows that the difference between the free energies of the austenite and ferrite phases, which increases with decreasing temperature, must be greater than a certain value 2γ, which is calculated through the austenite shear modulus.…”