Лекція Технологічні особливості та можливості відпалу і нормалізації. Перетворення аустеніту в мартенсит при високих швидкостях охолодження

  

Дане перетворення має місце при високих швидкостях охолодження, коли дифузійні процеси придушуються. Супроводжується поліморфним перетворенням в

При охолодженні стали зі швидкістю, більшої критичної (V > Vк), перетворення починається при температурі початку мартенситного перетворення (М_н) і закінчується при температурі закінчення мартенситного перетворення (М_к). У результаті такого перетворення аустеніту утвориться продукт загартування – мартенсит.

Мінімальна швидкість охолодження Vк, при якій весь аустеніт переохолоджується до температури т. М_н і перетворюється, називається критичною швидкістю загартування.

Тому що процес дифузії не відбувається, то весь вуглець аустеніту залишається в решітці і розташовується або в центрах тетраедрів, або в середині довгих ребер (мал).

Мартенсит – пересичений твердий розчин впровадження вуглецю в .

Перекручування решітки характеризується ступенем тетрагональності: с/а > 1. Ступінь тетрагональності прямо пропорційна змісту вуглецю в сталі (мал. б).

Кристалічна решітка мартенситу (а); вплив змісту вуглецю на параметри а й з решітки мартенситу (б)

 

Механізм мартенситного перетворення має ряд особливостей.

1. Бездифузійний характер.

Перетворення здійснюється по зсувочному механізму. На початку перетворення є безперервний перехід від решітки аустеніту до решітки мартенситу (когерентний зв'язок). При перетворенні гранецентрованої кубічної решітки в об’ємноцентровану кубічну, атоми зміщаються на відстані менше міжатомних, тобто немає необхідності в самодифузії атомів заліза.

2. Орієнтованість кристалів мартенситу.

Кристали мають форму пластин, що звужуються до кінця, під мікроскопом така структура виглядає як голчаста. Утворюючись миттєво пластини ростуть або до границі зерна аустеніту, або до дефекту. Наступні пластини розташовані до першого під кутами 60 ^o або 120 ^o, їхні розміри обмежені ділянками між першими пластинами (мал.).

 Орієнтований (когерентний) ріст кристалів мартенситу забезпечує мінімальну поверхневу енергію. При когерентному росту, через розходження об'ємів аустеніту й мартенситу, виникають більші напруги. При досягненні певної величини кристалів мартенситу, ці напруги стають рівними границі текучості аустеніту. У результаті цього порушується когерентність і відбувається відривши решітки мартенситу від решітки аустеніту. Ріст кристалів припиняється.

3. Дуже висока швидкість росту кристала, до 1000 м/с.

4 . Мартенситне перетворення відбувається тільки при безперервному охолодженні. Для кожної сталі починається й закінчується при певній температурі, незалежно від швидкості охолодження. Температуру початку мартенситного перетворення називають мартенситною крапкою М_Н, а температуру закінчення перетворення – М_К. Температури М_Н і М_К залежать від змісту вуглецю й не залежать від швидкості охолодження Для сталей зі змістом вуглецю вище 0,6 % М_К іде в область негативних температур (мал.)

Залежність температур початку (М_Н) і

кінця (М_К)мартенситного перетворення

від змісту вуглецю в сталі

 

Мартенситне перетворення відчутно до напруг, і деформація аустеніту може викликати перетворення навіть при температурах вище М_Н.

У сталях із М_К нижче 20^oС є присутнім аустеніт залишковий, його кількість тим більше, чим нижче М_Н і М_К.(при змісті вуглецю 0,6…1,0%кількість аустеніту залишкового – 10 %, при змісті вуглецю 1,5 % - до 50 %). У мікроструктурі спостерігається у вигляді світлих полів між голками мартенситу.

5. Перетворення необоротне. Одержати аустеніт з мартенситу неможливо.

Властивості мартенситу обумовлені особливостями його утворення. Він характеризується високою твердістю й низькою пластичністю, що спричиняється крихкість.

Твердість становить до 65 HRC. Висока твердість викликана впливом впроваджених атомів вуглецю в решітку - фази, що викликає її перекручування й виникнення напруг. З підвищенням змісту вуглецю в сталі зростає схильність до тендітного руйнування.