Превращения в стали. Мартенситное превращение. Мартенсит. Мартенсит структура. Критическая скорость закалки.

Данное превращение имеет место при высоких скоростях охлаждения, когда диффузионные процессы подавляются. Сопровождается полиморфным превращением Feγ в Feα.

При охлаждении стали со скоростью, большей критической (V > Vк), превращение начинается при температуре начала мартенситного превращения н) и заканчивается при температуре окончания мартенситного превращения (Мк). В результате такого превращения аустенита образуется продукт закалкимартенсит.

Превращения в стали. Промежуточное превращение. Бейнит.
Превращения в стали. Превращение мартенсита в перлит. Мартенсит отпуска. Троостит отпуска. Сорбит отпуска.

Минимальная скорость охлаждения Vк, при которой весь аустенит переохлаждается до температуры тн и превращается, называется критической скоростью закалки.

Так как процесс диффузии не происходит, то весь углерод аустенита остается в решетке Feα и располагается либо в ценрах тетраэдров, либо в середине длинных ребер (рисунок 1).

Превращения в стали. Превращение аустенита в перлит. Диаграмма изотермического превращения аустенита.
Превращения в стали. Изотермическая диаграмма превращения сталей. Превращение перлита в аустетит. Перегрев. Пережог.

Мартенсит – пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в Feα.

При образовании мартенсита кубическая решетка Feα сильно искажается, превращаясь в тетрагональную (рисунок 1, позиция а). Искажение решетки характеризуется степенью тетрагональности: с/а > 1. Степень тетрагональности прямопролорциональна содержанию углерода в стали (рисунок 1, позиция б).

Влияние углерода на сталь. Влияние углерода на свойства стали.

Рисунок 1 — Кристаллическая решетка мартенсита. Влияние содержания углерода на параметры решетки мартенсита.

а — кристаллическая решетка мартенсита; б — влияние содержания углерода на параметры а и с решетки мартенсита

Механизм мартенситного превращения имеет ряд особенностей.

1. Бездиффузионный характер.

Превращение осуществляется по сдвиговому механизму. В начале превращения имеется непрерывный переход от решетки аустенита к решетке мартенсита (когерентная связь). При превращении гранецентрированной кубической решетки в объемно-центрированную кубическую атомы смещаются на расстояния меньше межатомных, т.е. нет необходимости в самодиффузии атомов железа.

Дефекты кристаллического строения. Точечные дефекты.
Дефекты кристаллического строения. Линейные дефекты. Теория дислокаций. Плотность дислокаций.

2. Ориентированность кристаллов мартенсита.

Кристаллы имеют форму пластин, сужающихся к концу, под микроскопом такая структура выглядит как игольчатая. Образуясь мгновенно пластины растут либо до границы зерна аустенита, либо до дефекта. Следующие пластины расположены к первым под углами 60 o или 120 o, их размеры ограничены участками между первыми пластинами (рисунок 2).

Рисунок 2 — Ориентированность кристаллов мартенсита

Ориентированный (когерентный) рост кристаллов мартенсита обеспечивает минимальную поверхностную энергию. При когерентном росте, из-за различия объемов аустенита и мартенсита, возникают большие напряжения. При достижении определенной величины кристаллов мартенсита, эти напряжения становятся равными пределу текучести аустенита. В результате этого нарушается когерентность и происходит отрыв решетки мартенсита от решетки аустенита. Рост кристаллов прекращается.

3. Очень высокая скорость роста кристалла, до 1000 м/с.

Компоненты железоуглеродистых сплавов. Фазы железоуглеродистых сплавов.

4. Мартенситное превращение происходит только при непрерывном охлаждении.

Для каждой стали начинается и заканчивается при определенной температуре, независимо от скорости охлаждения. Температуру начала мартенситного превращения называют мартенситной точкой МН, а температуру окончания превращения – МК. Температуры МН и МК зависят от содержания углерода и не зависят от скорости охлаждения Для сталей с содержанием углерода выше 0,6 % МК уходит в область отрицательных температур (рисунок 3).

Рисунок 3 — Зависимость температур начала (Мн) и конца (Мк)мартенситного превращения от содержания углерода в стали

Мартенситное превращение чувствительно к напряжениям, и деформация аустенита может вызвать превращение даже при температурах выше МН.

В сталях с МК ниже 20oС присутствует аустенит остаточный, его количество тем больше, чем ниже МН и МК (при содержании углерода 0,6…1,0 % количество аустенита остаточного – 10 %, при содержании углерода 1,5 % - до 50 %). В микроструктуре наблюдается в виде светлых полей между иглами мартенсита.

Аллотропия. Полиморфные превращения. Магнитные превращения.
Анизотропия. Анизотропия кристаллов. Анизотропия свойств. Изотропия.

5. Превращение необратимое.

Получить аустенит из мартенсита невозможно. Свойства мартенсита обусловлены особенностями его образования. Он характеризуется высокой твердостью и низкой пластичностью, что обуславливает хрупкость.

Твердость составляет до 65 HRC. Высокая твердость вызвана влиянием внедренных атомов углерода в решетку α-фазы, что вызывает ее искажение и возникновение напряжений. С повышением содержания углерода в стали возрастает склонность к хрупкому разрушению.

Благотворительный интернет-фонд Помоги.Орг