Мартенситное превращение в стали. Материаловедение - Реферат

Мартенситное превращение в стали

        Мартенсит является упорядоченным перенасыщенным твердым раствором внедрения углерода в  - железе. Если в равновесном состоянии растворимость углерода в железе при 20⁰С не превышает 0,02% , то его содержание в мартенсите может быть таким же, как в исходном аустените (до 2,14 %).         Механизм мартенситного превращения. Мартенситное превращение может происходит только в том случае, если быстрым охлаждение аустенит переохлажден до низких температур, при котором диффузионные процессы становятся не возможными. Превращение носит бездиффузионный характер, т. е. оно не сопровождается диффузионным перераспределением атомов углерода и железа в решетке аустенита.         Мартенситное превращение осуществляется путем сдвига и не сопровождается изменением состава твердого раствора. Отдельные атомы смещаются относительно друга на расстояние, не превышающие межатомные, сохраняя взаимное соседство. Но смещение увеличивается по удалению от межфазной границы, что и приводит к изменению рельефа. Пока существует когерентность между аустенитом и мартенситом, скорость образование роста мартенсита очень велика (10³ м/с). При нарушении когерентности решеток дальнейший упорядоченный переход атомов аустенита в мартенсит невозможным, и рост кристалла мартенсита прекращается.         Диффузионный переход атомов из кристалла аустенита в мартенсит при низких температурах невозможен. Дальнейшее превращение протекает в результате образования новых кристаллов мартенсита.         Кинетика мартенситного превращения. Температура, отвечающая точке М_н соответствует началу мартенситного превращения и что бы оно продолжалось нужно охлаждать сталь ниже М_н. Чем ниже температура, тем больше образуется мартенсита. Количество мартенсита при этом возрастает в результате образования все новых и новых кристаллов, а не ростом уже имеющих. По достижении определенной температуры процесс превращения аустенита в мартенсит заканчивается, и эта температура обозначается точкой М_к         Зависимость количества образовавшегося мартенсита от температуры, до которой охлаждался образец, может быть выражена так называемой мартенситной кривой (рис.1)         Чем больше углерода и других легирующих элементов, за исключением кобальта и алюминия в аустените, тем ниже М_н и М_к Мартенситное превращение очень чувствительна к деформации (мартенсит деформации) и оно может начаться при более высоких температурах.         Различают два типа мартенсита - пластинчатый и реечный (рис.2).         Пластинчатый мартенсит образуется в высокоуглеродистых сталях, характеризующийся низкой температурой мартенситной точки. В этом случае кристаллы мартенсита состоят в средней своей части из большего числа микродвойников, образующих среднюю зону повышенной травимости, называемую нередко мидрибом. Его кристаллы представляют собой широкие пластины, в плоскости шлифа они имеют вид игл. Наиболее часто (конструкционные углеродистые и легированные стали) кристаллы имеют форму тонких реек (реечный мартенсит), вытянутых в одном направлении. Чаще образуется и наблюдается пакет из реек. Такой высокотемпературный мартенсит называют массивным, в отличие от игольчатого.

        Остаточный аустенит. В закаленных сталях, имеющих точку М_к ниже 20⁰С, а именно в углеродистых сталях, содержащих свыше 0,4-0,55 С , присутствует остаточный аустенит. Его количество тем больше, чем ниже температура М_н и М_к , т.е. тем больше углерода в аустените тем больше остаточного аустенита, например при содержании 0,6 -1,0 % - количество остаточного аустенита не превышает 10%, а при 1,3 - 1,5 оно достигает уже 30 -50 %. В микроструктуре закаленных сталей он присутствует в виде светлых полей между иглами мартенсита.         Свойства мартенсита. Характерной особенностью мартенсита является его высокая твердость и прочность, Твердость мартенсита возрастает с увеличением в нем содержания углерода; в стали с 0,6 - 0,7 % С твердость мартенсита 65 HRC, 960 HV, что много раз больше твердости феррита.         Временное сопротивление низкоуглеродистого мартенсита (0,025 % С) составляет 1000 МПа, а при 0,6 -0,8 %С достигает 2600 - 2700 МПа, однако при этом возрастает склонность к хрупкому разрушению. Мартенсит, содержащий свыше 0,35 -0,4 %С, обладает пониженным сопротивлением зарождению трещины и особенно низким значением вязкости разрушения К_1с. Твердость (прочность) мартенсита обязана образованию перенасыщенного углеродом твердого раствора, атмосфер Котрелла на дислокациях, высокой плотности дислокаций и большому числу различного рода границ и субграниц, затрудняющих движению дислокаций. Хрупкость мартенсита связана с образованием атмосфер из атомов углерода на дефектах строения. Мартенсит имеет наибольший удельный объем. Увеличение удельного объема при образовании мартенсита является одной из основных причин возникновения при закалке больших внутренних напряжений, вызывающих деформацию изделия или даже появления трещин.