38. Мартенситное превращение и его особенности.

МАРТЕНСИТ – структура сплавов, возникающая при их термической обработке при быстром охлаждении. В железоуглеродистых сплавах (сталях и чугунах) мартенсит возникает при содержании углерода более 0,3% при закалке в воде. Перед закалкой сталь нагревается до температур, обеспечивающих переход феррита и перлита в аустенит (выше 723° С). Кристаллическая структура мартенсита тетрагональна, элементарная ячейка имеет форму прямоугольного параллелепипеда, атомы железа расположены в вершинах и центре ячейки, атомы углерода в объеме ячеек. Структура неравновесна, и в ней есть большие внутренние напряжения, что в значительной степени определяет высокую твердость и прочность сталей с мартенситной структурой. Мартенситное превращение, полиморфное превращение, при котором изменение взаимного расположения составляющих кристалл атомов (или молекул) происходит путём их упорядоченного перемещения, причем относительные смещения соседних атомов малы по сравнению с междуатомным расстоянием. Перестройка кристаллической решётки в микрообластях обычно сводится к деформации ее ячейки, и конечная фаза мартенситного превращения может рассматриваться как однородно деформированная исходная фаза. Величина деформации мала (порядка 1—10 %) и соответственно мал, по сравнению с энергией связи в кристалле, энергетический барьер, препятствующий однородному переходу исходной фазы в конечную. Необходимое условие мартенситного превращения, которое развивается путем образования и роста областей более стабильной фазы в метастабильной, — сохранение упорядоченного контакта между фазами. Мартенситное превращение при охлаждении происходит не при постоянной температуре, а в определенном интервале температур, при этом превращение начинается не при температуре распада аустенита в равновесных условиях, а при на несколько сотен градусов ниже. Оканчивается превращение при температуре значительно ниже комнатной. Таким образом, в интервале температур мартенситного превращения в структуре стали, наряду с мартенситом, есть и остаточный аустенит.

39. Превращение при отпуске закалённой стали.

М –> П (Б, С, Т)

Структурные превращения, происходящие при отпуске, анализируют при помощи ДИЛАТОМЕТРА. На нём фиксируются незначительные изменения размеров. При изменении структурного состояния изменяются размеры детали. Аустенит имеет минимальный удельный объём, мартенсит – максимальный. При закалке, когда образуется в основном мартенсит, то объём увеличивается, поэтому всегда закалка идёт с изменением размеров. Если пропорционально изменяется размер, то это деформация, если изменилась ещё и форма – коробление. Дилатометрическая кривая отпуска: На первой стадии размеры уменьшаются – распадается мартенсит. Из зак. мартенсита выделяются мелкодисперсные карбидные включения по определённым атомно-кристаллическим плоскостям мартенсита. Карбид – метастабильный и отличается от цементита Fe3C. Он имеет формулу Fe2C. Твёрдость уменьшается, но незначительно. Температура этой стадии обычно 150-250 С для углеродистых сталей, для легированных – смещение вверх. Структурная составляющая (феррито-карбидная смесь) наз. мартенсит отпущенный. Она имеет игольчатое строение и её можно назвать беенитом. Феррит, входящий в состав мартенсита отпущенного имеет повышенное содержание углерода. Вторая стадия связана с превращением остаточного аустенита в мартенсит. Поэтому растут размеры. Одновременно продолжает выделяться карбидная фаза. Твёрдость продолжает уменьшаться. На третьей стадии происходит укрупнение частиц ферритно-карбидной смеси и карбид на этой стадии имеет уже цементитное строение (Fe3C). Углерод из феррита уже практически весь выделился. Образуется структурная составляющая – тростит. Твёрдость продолжает уменьшаться. На четвёртой стадии продолжается коагуляция феррито-карбидной смеси и образуется структура – сорбит. Твёрдость опять уменьшается. У феррита уже нету никакого перенасыщения углеродом. Температура этой стадии 450-500 С. С повышением температуры при переходе от первой к четвёртой стадии уменьшается уровень внутренних напряжений. Первая и вторая стадии обычно соответствуют низкому отпуску. Третья – среднему. Четвёртая – высокому отпуску. Низкий отпуск 150-300 С, средний 300-450(500) С, высокий 500(600) С и выше. Под действием легирующих элементов стадии 1, 2, 3, 4 смещаются в область более высоких температур. Для некоторых особо высоколегированных сталей первая стадия может сдвинутся в сторону 500-550 С. Отп. хр. 1 рода есть у всех сталей (~300 C), т.е. падает ударная вязкость. Таких температур стараются избегать. Отп. хр. 2 рода (~выше 500-550 С) – это обратимая хрупкость, которая проявляется только у стали, легированной хромом и марганцем, при медленном охлаждении. Если охлаждать быстро, то она не проявляется. Если проявилась отпуск. хр. при медленном охлаждении, то её можно устранить. Для этого повторно нагреть под отпуск, а затем быстро охладить. Устранение этой хрупкости способствует легирование молибденом. Аналогично влияет вольфрам, только эффект меньше. При отпуске образуется тростит, сорбит зернистого строения. При втором превращении тоже образуется Т и С, но уже пластинчатого строения. Зернистые структуры обеспечивают выше комплекс механических свойств: выше пластичность и вязкость, твёрдость и прочность почти одинаковая, лучше обрабатываемость резанием. На практике осуществляют операции термообработки: нормализация и улучшение. В том и другом случае получают сорбит. После нормализации – пластинчатый, после улучшения – зернистый сорбит. Улучшение – это сочетание закалки с последующим высоким отпуском.