Мартенситное превращение аустенита

На схеме диаграммы изотермического превращения (см. рис. 7.2) условно показана область мартенситного превращения (ниже M н). Условно потому, что не только в эвтектоидной, но и в подавляющем большинстве сталей мартенситное превращение в изотермических условиях не развивается.

Мартенситное превращение интенсивно протекает при непрерывном охлаждении в интервале температур от M н до M к (рис. 7.5). Малейшая изотермическая выдержка в этом интервале температур приводит к стабилизации аустенита, т.е. превращение не доходит до конца, и кроме мартенсита в структуре наблюдается так называемый остаточный аустенит. Аустенит может оставаться в структуре также тогда, когда в углеродистой стали содержится больше 0,6%С и охлаждение ведут только до 0ºС (рис.7.6). На рисунке линии начала и конца мартенситного превращения условно нанесены на «стальной участок» диаграммы Fe – Fe 3 C, а штриховая линия представляет собой геометрическое место точек t 0 – температур термодинамического равновесия двух фаз аустенита и мартенсита для сталей с различным содержанием углерода (рис 7.7). Для получения мартенситной структуры аустенит углеродистых сталей необходимо очень быстро и непрерывно охлаждать, применяя для этого холодную (лучше соленую) воду. Быстрое охлаждение необходимо для того, чтобы подавить возможные диффузионные процессы и образование перлитных и бейнитных структур.

Экспериментально построенные для всех сталей термокинетические диаграммы позволяют определить минимальную скорость охлаждения, называемую критической скоростью закалки υкр, при которой аустенит превращается только в мартенсит при температуре M н и ниже (рис. 7.8). термокинетические диаграммы имеют огромное значение для технологии термической обработки; они принципиально отличаются от диаграмм изотермического превращения аустенита тем, что строятся при условии непрерывного охлаждения образцов соответствующих сталей.

Термокинетическая диаграмма – важная характеристика, позволяющая предсказывать вид фазового превращения и возможную структуру стали в зависимости от скорости ее охлаждения.

Итак, при охлаждении стали со скоростью, большей υкр, будет образовываться мартенсит – неравновесная фаза – пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в Feα (рис. 7.9). кристаллы мартенсита, имея пластинчатую форму, растут с огромной скоростью, равной скорости звука в стали (  Их росту препятствует граница зерна аустенита или ранее образовавшаяся пластина мартенсита (рис. 7.10).

Г.В. Курдюмов дал классическое определение мартенситному превращению: «мартенситное превращение состоит в закономерной перестройке решетки, при которой атомы не обмениваются местами, а лишь смещаются расстояния, не превышающие межатомные». При этом перестройка решетки происходит по тем кристаллографическим плоскостям исходной модификации, которые по строению одинаковы, а по параметрам близки к определенным плоскостям кристаллической решетки образующейся фазы, т.е. выполняется принцип структурного и размерного соответствия (рис. 7.11). Для мартенситного превращения характерно, что растущие кристаллы мартенсита когерентно связаны с кристаллами исходной фазы. Два кристалла считаются когерентными, если они соприкасаются по такой поверхности раздела, которая является общей для их кристаллических решеток. При нарушении когерентности решеток интенсивный упорядоченный переход атомов из аустенита в мартенсит становится невозможным, и рост кристалла мартенсита прекращается.

В процессе мартенситного γ  превращения углерод остается в твердом растворе, искажая кристаллическую решетку Feα, так как растворимость его в Feα значительно меньше, чем в Feγ. Мартенсит имеет тетрагональную пространственную решетку (рис. 7.12). Чем больше углерода было в аустените, тем больше число элементарных ячеек мартенсита будет содержать атомов углерода и тем большими окажутся средние искажения пространственной решетки.

Свойства мартенсита зависят от количества, растворенного в нем углерода. На рис. 7.13, а показано влияние содержания углерода на твердость мартенсита. По аналогичной кривой изменяется и временное сопротивление сталей. Мартенсит имеет очень высокую твердость, равную или превышающую 60 HRC, при содержании углерода, большем 0,4%. С увеличением количества углерода возрастает хрупкость мартенсита. Мартенситное превращение в сталях сопровождается заметным увеличением объема (рис. 7.13, б). весьма сильно изменяются и другие физические свойства стали.

Небольшое количество остаточного аустенита (1 – 3%) после мартенситного превращения сохраняется в сталях, температура M к которых выше 20 - 25ºС. Затрудненность распада последних порций аустенита связывают с появлением значительных сжимающих напряжений, возникающих вследствие увеличения объема при переходе решетки ГЦК в ОЦК.

На температуры M н и M к помимо содержания углерода существенно влияют растворенные в аустените легирующие элементы. Подавляющее большинство легирующих элементов понижают температуры M н и M к, поэтому в закаленных легированных сталях даже при небольшом содержании углерода после охлаждения до 20 - 25ºС может сохраниться значительное количество остаточного аустенита.

Дата: 2019-02-18, просмотров: 957.