The Features of Structural-Phase Transformations in the 12kh18n10t Stainless Steel Subjected to High-Frequency Hydrodynamic Effects under High Pressure

V. G. Pushin; E. Yu. Muryshev; E. S. Belosludseva; N. N. Kuranova; А. V. Pushin; A. E. Svirid; A. N. Uksusnikov

doi:10.17804/2410-9908.2017.4.052-060

V. G. Pushin, E. Yu. Muryshev, E. S. Belosludseva, N. N. Kuranova, А. V. Pushin, A. E. Svirid, A. N. Uksusnikov

THE FEATURES OF STRUCTURAL-PHASE TRANSFORMATIONS IN THE 12Kh18N10T STAINLESS STEEL SUBJECTED TO HIGH-FREQUENCY HYDRODYNAMIC EFFECTS UNDER HIGH PRESSURE

DOI: 10.17804/2410-9908.2017.4.052-060

For the first time, transmission electron microscopy is applied to the study of stainless steel specimens subjected to prolonged high-frequency (50 MHz) external hydrodynamic effects (EHDE) under high pressure (2-3 GPa) in a device of special design. It is found that, due to EHDE, the solid surface layer of the steel, up to 100 µm thick, undergoes a strain-induced martensitic transformation with the appearance of a finely twinned α- and ɛ-phase crystal structure. In the following intermediate layers located at a depth of 100 to 200 µm, traces of fragmentation with a dislocation and twinned substructure inside the austenite grains are found, which are caused by work hardening of austenite in the process of direct and reverse γ-ɛ-α martensitic transformation. The features of γ-austenite, ɛ- and α-martensite microstructures are studied in detail. It is concluded from the analysis of the obtained and known data that thermo-, baro- and elastic-plastic mechanisms of martensitic transformations take place under multicycle high-frequency external effects. The martensitic transformation must be accompanied by baro- and magnetocaloric exothermal effects, by direct martensitic transformation and, consequently, endothermic effects during reverse transformation.

Acknowledgements: The work was done within state assignment for IMP UB RAS (theme "Structure"), with the support from UB RAS, project 15-9-2-17, and Sole Proprietor Muryshev E. Yu.

Keywords: stainless steel, martensite, substructure, twins, reverted austenite, thermo-, baro- and magnetocaloric effects

Bibliography:

Kurdyumov G.V., Utevsky L.M., Etin E.I. Prevrashcheniya v zheleze i stalyakh [Transformations in Iron and Steels]. Moscow, Nauka Publ., 1977, 236 p. (In Russian).
Sagaradze V.V., Uvarov A.I. Uprochnenie i svoystva austenitnykh staley [Hardening and Properties of Austenitic Steels]. Ekaterinburg, UB RAS Publ., 2013, 720 p. (In Russian).
Pushin V.G., Kondratiev V.V., Khachin V.N. Predperekhodnye yavleniya i martensitnye prevrashcheniya [Pretransitional Phenomena and Martensitic Transformations]. Ekaterinburg, UB RAS Publ., 1998, 368 p. (In Russian).
Lobodyuk V.A., Estrin E.I. Martensitnye yavleniya [Martensitic Transformations]. Moscow, Fizmatlit Publ., 2009, 352 p. (In Russian).
N. Resnina, V. Rubanik, eds. Shape Memory Alloys: Properties, Technologies, Opportunities, Trans Tech Publications, 2015, 640 p.
Lobodyuk V.A., Koval' Yu.N., Pushin V.G. Crystal–structural features of pretransition phenomena and thermoelastic martensitic transformations in alloys of non-ferrous metals. The Physics of Metals and Metallography, 2011, vol. 111, no. 2, pp. 165–189. DOI: 10.1134/S0031918X11010212.
Panchenko E.Yu., Chumlyakov Yu.I., Surikov N.Yu., Maier H.J., Gerstein G., Sehitoglu N. Superelasticity in high-strength heterophase single crystals of Ni51.0Ti36.5Hf12.5 alloy. Technical Physics Letters, 2015, vol. 41, no. 8, pp. 797–800. DOI: 10.1134/S1063785015080283.
Resnina N., Belyaev S., Shelyakov A. Martensitic transformation in amorphous-crystalline Ti–Ni–Cu and Ti–Hf–Ni–Cu thin ribbons. Eur. Phys. J. Special Topics, 2008, vol. 158, pp. 21–26. DOI: 10.1140/epjst/e2008-00648-4.
Pushin V.G., Pushin A.V., Kuranova N.N., Kuntsevich T.E., Uksusnikov A.N., Dyakina V.P., Kourov N.I. Thermoelastic martensitic transformations, mechanical properties, and shape-memory effects in rapidly quenched Ni45Ti32Hf18Cu5 alloy in the ultrafine-grained state. The Physics of Metals and Metallography, 2016, vol. 117, no. 12, pp. 1261–1269. DOI: 10.1134/S0031918X16120115.
Pushin V.G., Muryshev E.Yu., Belosludtseva E.S., Kuranova N.N., Pushin A.V., Svirid A.E., Uksusnikov A.N., Ananev A.I., Shevchenko V.G. The effect of high frequency hydrodynamic expusre of on structural high pressure and phase transformations in stainless steel 12Х18Н10Т. Fundamental research, 2017, no. 9–2, pp. 351–356. (In Russian).
Uspekhi fiziki metallov, A. L. Roitburd, transl. Moscow, Metallurgizdat Publ., 1961, vol. 4, pp. 192–269. [Kaufman L. and Cohen M. Thermodynamics and kinetics of martensitic transformations. In: Progress in Metal Physics, B. Chalmers and R. King, eds., Pergamon Press, New York, 1958, vol. 7, pp. 165–246]. (In Russian).

В. Г. Пушин, Е. Ю. Мурышев, Е. С. Белослудцева, Н. Н. Куранова, А. В. Пушин, А. Э. Свирид, А. Н. Уксусников

ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ 12Х18Н10Т, ПОДВЕРГНУТОЙ ВЫСОКОЧАСТОТНОМУ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ ПОД ВЫСОКИМ ДАВЛЕНИЕМ

Впервые исследования методом просвечивающей электронной микроскопии выполнены в образцах нержавеющей стали, подвергнутых длительному высокочастотному (50 МГц) гидродинамическому внешнему воздействию (ВГДВ) под высоким давлением (2-3 ГПа) в устройстве специальной конструкции. Обнаружено, что при ВГДВ в сплошном приповерхностном слое стали толщиной до 100 мкм образуется структура, сформированная деформационно-индуцированными тонкодвойникованными кристаллами альфа и эпсилон фаз. В следующем промежуточном слое, расположенном на глубине 100 - 200 мкм, внутри аустенитных зерен найдены следы фрагментации с дислокационной и двойникованной субструктурой, обусловленные фазовым наклепом ревертированного аустенита в процессе прямого и обратного мартенситного превращения гамма-эпсилон-aльфа. Особенности микроструктуры гамма-аустенита, эпсилон- и альфа-мартенсита детально изучены. Анализ полученных и известных данных показал, что при указанном многоцикловом высокочастотном внешнем воздействии имели место термо-, баро- и упругопластические механизмы реализации данных мартенситных превращений.

Благодарности: Работа выполнена в рамках Госзадания ИФМ УрО РАН (по теме "Структура"), при поддержке проектом УрО РАН № 15-9-2-17 и ИП Мурышев Е.Ю.

Ключевые слова: нержавеющая сталь, мартенсит, субструктура, двойники, ревертированный аустенит, термо-, баро-, магнитокалорический эффект

Библиография:

Курдюмов Г. В., Утевский Л. М., Этин Э. И. Превращения в железе и стали. – М. : Наука, 1977. – 236 с.
Сагарадзе В. В., Уваров А. И. Упрочнение и свойства аустенитных сталей. – Екатеринбург : РИО УрО РАН, 2013. – 720 с.
Пушин В. Г., Кондратьев В. В., Хачин В. Н. Предпереходные явления и мартенситные превращения. – Екатеринбург : УрО РАН, 1998. – 368 с.
Лободюк В. А., Эстрин Э. И. Мартенситные превращения. – М. : Физматлит, 2009. – 352 с.
Shape Memory Alloys: Properties, Technologies, Opportunities / ed. by N. Resnina and V. Rubanik. – Zurich: Trans Tech Publications, 2015. – 640 p.
Lobodyuk V. A., Koval' Yu. N., Pushin V. G. Crystal–structural features of pretransition phenomena and thermoelastic martensitic transformations in alloys of non-ferrous metals // The Physics of Metals and Metallography. – 2011. – Vol. 111, no. 2. – P. 165–189. – DOI: 10.1134/S0031918X11010212.
Superelasticity in high-strength heterophase single crystals of Ni51.0Ti36.5Hf12.5 alloy / E. Yu. Panchenko, Yu. I. Chumlyakov, N. Yu. Surikov, H. J. Maier, G. Gerstein, N. Sehitoglu // Technical Physics Letters. – 2015. – Vol. 41, no. 8. – P. 797–800. – DOI: 10.1134/S1063785015080283.
Resnina N., Belyaev S., Shelyakov A. Martensitic transformation in amorphous-crystalline Ti–Ni–Cu and Ti–Hf–Ni–Cu thin ribbons // Eur. Phys. J. Special Topics. – 2008. – Vol. 158. – P. 21–26. – DOI: 10.1140/epjst/e2008-00648-4.
Thermoelastic martensitic transformations, mechanical properties, and shape-memory effects in rapidly quenched Ni45Ti32Hf18Cu5 alloy in the ultrafine-grained state / V. G. Pushin, A. V. Pushin, N. N. Kuranova, T. E. Kuntsevich, A. N. Uksusnikov, V. P. Dyakina, N. I. Kourov // The Physics of Metals and Metallography. – 2016. – Vol. 117, no. 12. – P. 1261–1269. – DOI: 10.1134/S0031918X16120115.
Влияние высокочастотного воздействия под высоким давлением на структурнофазовые превращения в нержавеющей стали 12Х18Н10Т / В. Г. Пушин, Е. Ю. Мурышев, Е. С. Белослудцева, Н. Н. Куранова, А. В. Пушин, А. Э. Свирид, А. Н. Уксусников, А. И. Ананьев, В. Г. Шевченко // Фундаментальные исследования. – 2017. – № 9–2. – С. 351–356.
Кауфман Л., Коэн М. Термодинамика и кинетика мартенситных превращений /пер. с англ. А. Л. Ройтбурда // Успехи физики металлов. – М. : Металлургиздат, 1961. – Т. 4. – С. 192.

Библиографическая ссылка на статью

The Features of Structural-Phase Transformations in the 12kh18n10t Stainless Steel Subjected to High-Frequency Hydrodynamic Effects under High Pressure / V. G. Pushin, E. Yu. Muryshev, E. S. Belosludseva, N. N. Kuranova, А. V. Pushin, A. E. Svirid, A. N. Uksusnikov // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. - 2017. - Iss. 4. - P. 52-60. -
DOI: 10.17804/2410-9908.2017.4.052-060. -
URL: http://dream-journal.org/issues/2017-4/2017-4_140.html
(accessed: 31.10.2024).