3. Мартенситное превращение.

Мартенситное превращение – это превращение переохлажденного аустенита, происходящее при его охлаждении в интервале температур от М_н до М_к (рис. 3.8, б), где М_н – температура начала, М_к – температура конца мартенситного превращения.

Рис. 3.8 Мартенситное превращение:

а – механизм превращения и строение кристаллической решетки; б – влияние содержания углерода на положение мартенситных точек; в – микроструктура крупноигольчатого мартенсита и остаточного аустенита в стали с 1,6 % С (слева) и мелкоигольчатого мартенсита в стали с 0,5 % С (справа).

При этих низких температурах диффузионные (!!!) процессы становятся невозможными и перестройка решетки Fe_γ (ГЦК) в решетку Fe_α (ОЦК) происходит по сдвиговому механизму без выхода атомов (!!!) углерода из решетки (выхода в виде цементита). При этом все атомы (просто) смещаются на расстояния, не превышающие межатомные, сохраняя первоначальное соседство. Образуется пересыщенный раствор внедрения углерода в α-железе, называемый мартенситом. (Почему пересыщенный ???) Потому, что растворимость углерода в α-железе (Fe_α – феррите) в равновесных условиях составляет не более 0,02% при t=727 ⁰C, а растворимость углерода в мартенсите (твердый раствор внедрения) может достигать 2,14 % (!!!).

Свойства мартенсита:

1. высокая твердость,

2. высокая прочность,

3. низкая пластичность,

Атомы углерода, внедряясь в решетку α-железа, сильно ее искажают. Такая искаженная решетка называется тетрагональной (рис.3.8, а), в ней с/а > 1.

Мартенситное превращение начинается при температуре М_н и продолжается до температуры М_к при непрерывном охлаждении. Если охлаждение прервать в какой-то точке интервала (М_н – М_к), то превращение аустенита в мартенсит прекратится и в стали останется какое-то количество остаточного аустенита. Этим оно отличается от перлитного превращения, идущего при постоянной температуре (рис. 3.6 - диаграмма изотермического превращения перлита).

Положение точек М_н и М_к не зависит от скорости охлаждения, а определяется химическим составом аустенита. Чем больше углерода в стали, тем ниже температура М_н и М_к (рис. 3.8, б). При содержании в стали более 0,6 % С превращение завершается при температурах ниже нуля (!!!) (рис. 3.8, б). Если такие стали охлаждать до 0 ⁰С, то это приводит к сохранению некоторого количества непревращенного (остаточного) аустенита (А_ост), что уменьшает твердость стали. (Остаточный аустенит при t<727 ⁰C превратится в перлит (или еще какую-нибудь структуру)??!!? – нет !!!).

По форме (морфологии) мартенсит различают:

а) пластинчатый (характерен для высокоуглеродистых сталей) – состоит из широких и тонких пластин, которые на шлифе имеют вид игл, расположенных параллельно друг другу или под углом (рис. 3.8, в);

б) реечный (характерен для низко- и среднеуглеродистых сталей)– состоит из тонких реек собранных в пакеты.

Превращение А в М связано с изменением объема. По мере увеличения объема все структуры стали можно расположить в ряд: аустенит (А) → перлит (П) → сорбит →троостит→ мартенсит М).

Промежуточное превращение между перлитным и мартенситным происходит с образованием структуры, называемой бейнитом.

Различают бейнит:

1. верхний – образуется в интервале температур 550…350 ⁰С, состоит из мартенсита и цементита, причем последний выделяется из аустенита – твердость и прочность, как у троостита, но более низкая пластичность;

2. нижний – образуется в интервале температур от 350 ⁰С до М_н, состоит из мартенсита и цементита, причем последний выделяется уже (!!!) из мартенсита – высокие твердость и прочность при сохранении высокой пластичности.