Механизм мартенситного превращения. Причины высокой прочности мартенсита, страница 2

Возможность полного переохлаждения аустенита до температуры жидкого азота и последующего превращения аустенита в мартенсит была установлена впервые в работе Г.В.Курдюмова. Марганцевая сталь (0,7% С; 6,5% Mn; 2% Сu) после закалки в воде имела структуру чистого аустенита; после быстрого охлаждения в жидком азоте мартенсит также не обнаруживался. При отогреве образца до –159 °С и выдержке при этой температуре наблюдалось изотермическое мартенситное превращение в течении нескольких часов с образованием 12% мартенсита. Превращение продолжалось при дальнейшем повышении температуры. Микроскопические наблюдения показали, что изотермическое мартенситное превращение развивается путем образования новых кристаллов мартенсита, каждый из которых с большой скоростью вырастает до своих конечных размеров. В случае изотермического превращения кристаллы мартенсита имеют значительно меньшие размеры; характерно выстраивание кристаллов в ступенчатые ряды и образование сростков нескольких кристаллов.

В углеродистых и легированных сталях с точкой М_Н >100°С наблюдается атермический характер мартенситного превращения. Оно характеризуется практически мгновенным образованием некоторого количества мартенсита при данной температуре и продолжающимся увеличением количества мартенсита при снижении температуры ниже М_Н.

Особенно четко взрывное превращение наблюдали в сплавах Fe – Ni и Fe – Ni – С с температурой М_Н ниже комнатной. При температуре М_Н или несколько ниже взрывообразно образуется определенное количество мартенсита. При атермическом, взрывообразном превращении возникают относительно крупные кристаллы мартенсита, двойникованные либо полностью, либо только в зоне мидриба. Атермический мартенсит имеет вид правильных пластин с четко очерченными ровными гранями. Длина кристаллов может быть равной поперечнику аустенитного зерна, на границах зерен (или двойников) можно наблюдать как бы «преломленное» продолжение кристаллов – результат инициирующего действия растущего кристалла на зарождение нового кристалла в соседнем зерне, в промежутках между ранее образовавшимися кристаллами возникают ряды более мелких кристаллов в виде «ферм» или «молний».

В сплавах, где есть и изотермическое, и атермическое превращение, последнее начинается при большем переохлаждении; переохлаждение при изотермическом превращении может быть в два раза меньше, чем при атермическом. Таким образом, можно считать, что термодинамический стимул для осуществления изотермического типа превращения существенно меньше, чем для атермического.

Причины высокой прочности мартенсита.

Углерод, однородно распределенный в твердом растворе. Размещение внедренных атомов углерода преимущественно в одной подрешетке позиций внедрения вызывает тетрагональное искажение кристаллической решетки о.ц.к. и приводит к неэквивалентности разных систем скольжения. Повышение сопротивления пластической деформации может быть следствием взаимодействия полей напряжений вокруг атомов углерода с полями напряжений дислокаций. При этом напряжение течения должно расти с повышением концентрации углерода линейно или пропорционально

Размеры кристаллов мартенсита, существенно меньшие, чем размеры исходных зерен аустенита. Экспериментальные данные в ряде случаев могут быть описаны эмпирическим соотношением Холла – Петча  где d–средний размер «пакета», образованного почти одинаково ориентированными мартенситными пластинами (рейками), разделенными малоугловыми границами.

Субструктура. О ее вкладе можно судить по упрочнению, вызываемому образованием мартенсита в низкоуглеродистом легированном железе (до 0,02 –0,05% С). В этом случае кристаллы мартенсита отличаются от кристаллов полиэдрической α-фазы только своими малыми размерами и специфической микро- и субмикроструктурой, высокой плотностью дислокаций. Предел текучести σ_0,2 полиэдрической σ-фазы 200 – 300 МПа, а мартенситной α-фазы 800 –1000 МПа.

Образование атмосфер атомов углерода на дислокациях, а также формирование зародышей дисперсных карбидов, закрепляющих дислокационную структуру. Влияние содержания углерода в мартенсите и образующейся субмикроструктуры на прочность мартенсита взаимосвязаны.

Вклад этих процессов зависит от характера субструктуры и может расти при повышении плотности дислокаций в мартенсите, если, например, его предварительно пластически деформировать, а также от состава стали.

Способы уменьшения количества остаточного аустенита.

Обработка холодом, отпуск.