Bainite in Steels: Theory and Practice

Это третье издание книги, значительно расширенное, чтобы включить и учесть важные достижения в этой области за последние пятнадцать лет. Книга представляет собой всесторонний труд обо всех аспектах бейнитного превращения — от хореографии атомов во время фазового изменения до масштабов длины, характерных для инженерных применений. Вытекающее из этого проектирование сплавов объясняет роль добавок растворённых элементов и пагубное влияние таких примесей, как водород. Представленная картина внутренне согласована и поэтому способна направлять читателя в использовании теории для проектирования некоторых из наиболее примечательных сталей, включая первый в мире объёмный наноструктурированный металл.

Хореография атомов при переходе одной кристаллической структуры в другую имеет основополагающее значение для определения всех аспектов формы, состава, состояния, временной зависимости и свойств продукта. Привлекательность бейнита заключается в изяществе согласованного танца, который исполняют атомы; наблюдать его зримо волнующе, когда на поверхностях превращающихся образцов возникают огромные вздымания. Без масштаба их можно было бы принять за образование могучего горного хребта. Именно эти смещения разбивают иллюзии о случайности. А вздымания сопровождаются гулом — акустическими сигналами, указывающими на время релаксации всего 10−5 с. Более всего именно эти особенности бейнитного превращения удерживают стали впереди любого другого конструкционного материала и вдохновляют молодых и старых учёных всё глубже проникать в тайны реакций в твёрдом состоянии.

Теперь мы можем видеть больше атомов, чем когда-либо прежде, и малых, и больших. Тогда легко сделать вывод, что граница между бейнитным ферритом и аустенитом чиста и, следовательно, влияние растворённых элементов на превращение состоит лишь в изменении относительной термодинамической устойчивости и прочности исходной и образующейся фаз. Возможность увидеть атомы привела к замечательному, возможно монументальному открытию: феррит сохраняет большой избыток межузельных атомов в твёрдом растворе. Не только у дефектов, но именно в твёрдом растворе. Тогда симметрия решётки меняется, и некоторые свойства становятся анизотропными, тогда как в кубической форме они таковыми не являются.

Стали часто обрабатывают так, чтобы создать неслучайное распределение кристаллографических ориентаций и тем самым улучшить отдельные технологии формования, использующие анизотропные свойства текстурированных материалов. С другой стороны, изменение механических свойств в зависимости от ориентации испытательного образца остаётся болезненной проблемой применения бейнитных сталей для магистральных трубопроводов.

Бейнит исследовали приборами, установка которых стоит миллиарды и которые производят огромные объёмы данных. Это показало, что аустенит остаётся спокойным в каждой точке до начала превращения, после чего теряет всякое подобие однородности. Описание оставшегося аустенита затем зависит от размера и формы исследуемой области. Такие градиентные структуры в принципе можно проектировать для оптимизации свойств.

Возник новый механизм укрупнения, который не ставит во главу угла межфазную энергию и не требует диффузии. Пластины, одинаково ориентированные в пространстве, соприкасаются и сливаются, оставляя слабые следы своих первоначальных границ. Это процесс коалесценции, и его граничные условия установлены.

В целом предмет больше нельзя считать туманным. В свете всей совокупности имеющихся доказательств было бы лениво называть бейнит «спорным». Теория превращения, изложенная в этой книге, достаточно прочно установлена, чтобы повседневно применяться при проектировании и производстве сплавов с ранее неслыханными сочетаниями свойств. Кто мог подумать, что возможно создать материал, содержащий 100 миллионов квадратных метров твёрдых границ в одном кубическом метре, без деформации или скоростной обработки? И что такая структура будет обладать сложностью, необходимой для сопротивления проникновению водорода?

Это предисловие даёт лишь слабое представление о том, что последует на следующих страницах. О бейните предстоит сказать гораздо больше: это третье издание примерно на 40% объёмнее, чтобы охватить разработки последних примерно пятнадцати лет — не только в теории превращений, но и в исследовании более сложных свойств и их сочетаний. Если процитировать Miracle (2015), «между измерением одного привлекательного свойства в одном сплаве и доказательством пригодности для конкретного применения лежит большая работа». В разделе о современных сталях рассмотрен ряд совершенно новых классов сталей; некоторые из них, надо признать, относятся к категории концепт-каров, то есть будоражат воображение, но могут стать, а могут и не стать общепринятыми. За одним исключением я сохранил расположение глав таким же, как в предыдущих изданиях.

Книга предназначена для тех, кто глубоко интересуется сталями, проектированием сплавов и превращениями в твёрдом состоянии. Для преданного делу исследователя первое и второе издания остаются доступными.

Х. К. Д. Х. БХАДЕШИА Кембридж, Великобритания, и Пхохан, Республика Корея, 2015