В плоскости (111) имеются три эквивалентных направления типа <112>. При статистическом распределении смещений атомных плоскостей между этими направлениями в результате превращения не возникла бы заметная макроскопическая деформация. Однако опыт показывает, что направление смещения остается общим для многих сотен или тысяч атомных плоскостей, так что возникает макроскопический сдвиг. Это служит аргументом в пользу рассмотренного механизма роста.
Рисунок 119 – Превращение Со: структуры плотнейшей упаковки (а) и дислокационный механизм превращения в кобальте (б)
5.3.3 Мартенситное превращение в сплавах на основе железа
В медленно охлажденном чистом железе γ-Fe (гранецентрированная кубическая структура) превращается в α-Fe (объемноцентрированная кубическая структура) при температуре 910°. С увеличением содержания углерода в стали температура равновесия указанных модификаций снижается, но в достаточно чистом железоуглеродистом сплаве никогда не бывает ниже примерно 721º. Наряду со снижением температуры превращения присутствие углерода замедляет протекание γ→α-превращения. Отчасти это объясняется тем, что α-Fe не в состоянии растворить весь углерод, имеющийся в исходном γ-Fe. Поэтому полиморфному превращению должны предшествовать диффузия углерода из γ-Fe и его выделение в виде кристаллов Fe3C.
Чистое γ-Fe даже при закалке в холодное масло или воду нельзя переохладить ниже 910° (γ-Fe не может существовать ниже этой температуры). При содержании углерода выше 0,15% переохлаждение γ-формы облегчается вследствие уменьшения температуры превращения, а также в результате замедления скорости перехода γ→α. Такие малоуглеродистые стали могут содержать устойчивую γ-форму (аустенит) почти до 550°, если охлаждение ведется быстро; ниже этой температуры превращение в α-форму (феррит) идет с настолько большой скоростью, что дальнейшее увеличение переохлаждения почти невозможно. При увеличении содержания углерода (примерно выше 0,30 %) можно достичь значительно больших переохлаждений аустенита.
Рисунок 120 – MS – температура начала мартенситного превращения
в сплавах системы Fe-C
При некоторой температуре в интервале 280-390°С мартенсит в чистых железоуглеродистых сплавах становится устойчивым относительно аустенита. Энергия активации для превращения аустенит→мартенсит не очень велика, так как этот переход осуществляется почти мгновенно. Энергетическая выгодность образования мартенсита отчасти обусловлена тем, что мартенсит – это объемноцентрированная тетрагональная структура – в противоположность о.ц.к структуре α-Fe и он способен растворить весь углерод, ранее содержавшийся в аустените. Со временем мартенсит самопроизвольно распадается и превращается в феррит. Однако такой переход происходит очень медленно в результате большой энергии активации превращения мартенсит→феррит, а также вследствие того, что скорость превращения ограничивается низкой скоростью процесса диффузии углерода и выделения его в виде Fe3C. Поэтому даже при наивысшей температуре образования мартенсита он может сохраняться без изменения, по крайней мере, в течение нескольких минут. При более низкой температуре мартенсит существует в течение часов, дней или недель, а при комнатной температуре может быть устойчивым в течение ряда лет и даже веков.
Присутствие атомов углерода в мартенсите искажает объемноцентрированную структуру, что делает решетку мартенсита более твердой и прочной, чем гранецентрированная структура аустенита, из которой он образуется, и чем объемноцентрированная структура феррита, в которую он стремится превратиться. К сожалению, мартенсит, как правило, очень хрупок, поэтому после закалки упрочняющей сталь, следует отпуск, на частичный или полный распад мартенсита.
5.3.3.1 Деформация решетки при γ→α-превращении по Бейну
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.