Механизм мартенситного превращения. Причины высокой прочности мартенсита

Механизм мартенситного превращения.

Мартенситный механизм фазового превращения отличается упорядоченным, кооперативным, взаимосвязанным характером перемещений атомов на расстояния меньше межатомных без обмена атомов местами так, что соседи любого атома в исходной фазе остаются его соседями в новой, мартенситной фазе.

Когерентность, упругое сопряжение двух решеток на границе мартенсита и исходной фазы обусловливают возможность чрезвычайно быстрого движения границы в сторону матрицы даже при очень низких температурах, т.к. для скользящего движения не требуется диффузии с миграцией атомов на расстояния, превышающие межатомные. На границе лишь происходит кооперативное перемещение атомов на расстояния меньше межатомного, результатом которого и является рост мартенситного кристалла.

С ростом мартенситного кристалла на когерентной границе накапливается упругая деформация, пока не достигается предел текучести и наступает разрядка упругих напряжений вследствие потери когерентности. Скользящее движение матрицы становится невозможным и быстрый рост кристалла по мартенситному механизму прекращается.

Особенности.

1.  м.п. протекает при быстром охлаждении углеродистой стали с температур выше А₁, когда подавлен диффузионный распад аустенита на смесь двух фаз. Концентрация углерода в мартенсите такая же, как и в исходном аустените. Следовательно, м.п. – бездиффузионное.

2.  превращение аустенита в мартенсит при охлаждении начинается с определенной для каждой марки стали температуры М_Н. Температура начала мартенситного превращения не зависит от скорости охлаждения в очень широком диапазоне скоростей. М.п. невозможно подавить даже при самых больших достигнутых скоростях охлаждения.

3.  чтобы м.п. развивалось, необходимо непрерывно охлаждать углеродистую сталь в мартенситном интервале М_Н – М_К. после м.п. даже при охлаждении стали практически мгновенно, образуется некоторое количество остаточного аустенита.

4.  м.п. в углеродистой стали не имеет инкубационного периода. Горизонталь М_Н соответствует температуре, ниже которой чрезвычайно быстро образуется некоторое количество мартенсита.

5.  мартенсит образуется в форме пластин, растущих с громадной скоростью при любых температурах. Количество мартенсита при охлаждении ниже точки М_Н  увеличивается не вследствие подрастания уже образовавшихся пластин. а в результате мгновенного возникновения все новых и новых пластин.

6.  между решетками кристаллов мартенсита и исходного аустенита имеется определенное ориентационное соотношение, закономерная ориентировка решетки мартенсита по отношению к решетке аустенита.

7.  при м.п. на плоской полированной поверхности образца образуется характерный рельеф вследствие различия объемов решетки мартенсита и аустенита.

Атермическое и изотермическое превращение

Поскольку мартенситное превращение обычно: 1) происходит с большой скоростью, не зависящей от температуры; 2) протекает в широкой области температур, причем количество мартенсита определяется степенью переохлаждения ниже М_Н; 3) не задерживается при очень резком охлаждении; 4) происходит путем мгновенного образования отдельных кристаллов, а общий превращенный объем увеличивается в результате образования новых кристаллов, можно было заключить, что превращение имеет атермический характер. Однако большая скорость превращения может быть обусловлена и малостью барьеров для перемещения атомов при упорядоченной перестройке; в этом случае при достаточно низких температурах (малой энергии тепловых колебаний) можно ожидать превращения с малой скоростью.