[논문 리뷰] THE WAVE MODEL OF MARTENSITE GROWTH FOR THE − TRANSFORMATION OF IRON-BASED ALLOYS

М. П. Кащенко|arXiv (Cornell University)|2010. 01. 01.

Microstructure and Mechanical Properties of Steels참고 문헌 51인용 수 21

한 줄 요약

이 독립 연구는 철기 합금에서 마르텐사이트 성장의 파동 모델을 제안하며, 자가조직화된 준종방향 격자 이동 파동(DW)이 빠른 FCC-BCC 전이를 이끄는 것으로 설명한다. DW는 주파수 약 10^10 sec⁻¹, 변형 진폭 약 10⁻³을 가지며, 비평형 d전자에 의해 생성되며, 이는 이질적 핵형성과 파동 매개 성장 간의 연결고리가 된다. 이는 마르텐사이트 형성에 대한 동적 물리 메커니즘을 제공한다.

ABSTRACT

This book is the first monograph in the scientific literature, dedicated to the FCC-BCC transformation in iron-based alloys, in which the dynamical approach is used for the explanation of the martensite growth stage. The rapid growth of a cooling martensite crystal is considered as a self-organized process controlled by the quasi-longitudinal lattice displacement waves (DW). The regime of the DW initial excitation is rigid. DW have the frequencies ~$10^{10} sec^{-1}$ from the hypersound band and the amplitudes providing the level of deformation ~$10^{-3}$. The conditions that are necessary for the generation of DW by non-equilibrium d-electrons are analyzed. A wide range of questions (from peculiarities of the electronic spectrum to macroscopic morphological indicators), connected with the physical interpretation of the FCC-BCC martensitic transformation in iron-based alloys, is discussed. The short review of results having fundamental meaning for the creation of a physical model describing the martensite nucleation process is given in the monograph's conclusion. It is shown, that processes of the heterogeneous nucleation and wave growth have the genetic connection to the FCC-BCC martensitic transformation. The short review of the last author's results revealing features of the physical mechanisms controlling processes of martensite crystal formation for all alternatives of the FCC-BCC martensitic transformation is given in the monograph's epilogue.

연구 동기 및 목표

• 철기 합금에서의 FCC-BCC 전이 동안 마르텐사이트의 빠른 성장을 설명하는 동적 물리 모델을 개발하는 것.
• 비평형 d전자로 인해 준종방향 격자 이동 파동(DW)이 생성되는 조건을 규명하는 것.
• 이질적 핵형성과 파동 매개 마르텐사이트 성장 간의 유전적 연결고리를 확립하는 것.
• 전자 구조에서 거시적 형태로의 전이에 대한 종합적인 물리적 해석을 제공하는 것.
• 철기 체계의 모든 FCC-BCC 전이 변형에서 마르텐사이트 형성의 통합된 이해를 확립하는 것.

제안 방법

• 파동 자극에 유리한 비평형 d전자 상태를 식별하기 위해 철기 합금의 전자 스펙트럼을 분석한다.
• FCC-BCC 마르텐사이트 전이를 준종방향 격자 이동 파동(DW)에 의해 구동되는 자가조직화 과정으로 모델링한다.
• 초음파 대역(~10^10 sec⁻¹) 내의 DW 주파수와 변형 진폭(~10⁻³)을 주요 동적 매개변수로 고려한다.
• 전자 동역학과 격자 이동 간의 결합을 고려하여 파동 생성 메커니즘을 설명한다.
• 핵형성 사건과 이후 파동 매개 결정 성장 간의 연결을 동적 접근법으로 분석한다.
• 전자 수준 현상에서 거시적 형태적 결과로 이르는 다스케일 프레임워크를 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비평형 d전자로 인해 FCC-BCC 마르텐사이트 전이 중 준종방향 격자 이동 파동(DW)이 어떻게 생성되는가?
• RQ2 철기 합금에서 DW의 기초가 되는 물리적 조건은 무엇인가?
• RQ3 이질적 핵형성 과정은 파동 매개 마르텐사이트 성장과 어떻게 유전적으로 연결되는가?
• RQ4 격자 이동 파동은 마르텐사이트 결정의 빠른 성장에 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 전자 구조적 특징은 마르텐사이트의 거시적 형태적 지표와 어떻게 관련되는가?

주요 결과

• FCC-BCC 마르텐사이트 전이는 주파수 약 10^10 sec⁻¹인 자가조직화된 준종방향 격자 이동 파동(DW)에 의해 구동된다.
• DW 진폭은 약 10⁻³ 수준의 변형을 유도하며, 관측된 마르텐사이트 성장 역학과 일치한다.
• 비평형 d전자로 인해 이러한 이동 파동이 자극되는 것으로 규명되었다.
• 이질적 핵형성과 파동 매개 성장 간의 유전적 연결고리가 확립되었다.
• 파동 모델은 철기 합금에서의 모든 FCC-BCC 전이 변형에서 마르텐사이트 형성의 통합된 물리 메커니즘을 설명한다.
• 모델은 전자 구조 현상과 거시적 형태적 결과를 통합하여 종합적인 물리적 해석을 제공한다.