Структура пакетного мартенсита
а — вид пакета, б — светлопольное изображение,
в — темнопольное изображение в рефлексе остаточного аустенита
ε-мартенсит
В высоколегированных железомарганцевых малоуглеродистых сплавах, а также в некоторых хромоникелевых сталях может образоваться мартенсит, имеющий гексагональную плотноупакованную решетку. Такой мартенсит носит название ε-мартенсита. На практике он встречается редко.
Образование ГПУ-фазы из аустенита также происходит сдвиговым механизмом. При этом последовательность плотноупакованных плоскостей АВСАВС... изменяется на АВАВАВ...
По существу γ-ε -превращение можно рассматривать как накопление упорядоченных дефектов упаковки в аустените.
Кристаллы е-мартенсита имеют вид длинных тонких пластин. Такое превращение также приводит к появлению рельефа на поверхности образца, причем высота выступа тем больше, чем больше ширина кристалла ε-фазы.
Упорядоченный характер γ-ε-превращения приводит к тому, что между этими фазами имеются ориентационные соотношения:
(111)γ||(0001)ε,
[101]γ||[2110]ε.
Структура ε-мартенсита
Мартенсит с гексагональной решеткой - ε-мартенсит в марганцевых и ряде других сплавов и сталях с низкой энергией дефектов упаковки образуется в форме пластин различной ширины, содержащей большое количество дефектов упаковки и дислокаций
Кинетика мартенситного превращения
В зависимости от химического состава стали или сплавов изменяются не только температура превращения и морфологический тип мартенситных кристаллов, но и кинетика превращения.
Для сплавов на железной основе обычно выделяют три вида кинетики:
атермическую,
взрывную
полностью изотермическую.
Атермическая кинетика мартенситного превращения
Атермическое превращение начинается при достижении температуры Мн, положение которой для сплавов с такой кинетикой не зависит от скорости охлаждения в широком диапазоне ее изменения.
Превращение происходит без инкубационного периода, практически мгновенно, протекает с очень большой скоростью и распространяется на широкую область температур.
Понижение температуры в мартенситном интервале сопровождается плавным увеличением количества мартенсита.
Мартенситная кривая атермического превращения в углеродистой стали.
Атермическая кинетика мартенситного превращения
Приостановка охлаждения при любой температуре вызывает практически полное прекращение превращения.
При достижении точки Мк превращение обычно не доходит до конца и в стали сохраняется то или иное количество Аост..
Атермическое превращение, как правило наблюдается в железных сплавах , точка Мн которых лежит существенно выше комнатной температуры. Образуется реечных мартенсит.
Атермическое превращение представляет наибольший практический интерес, так как оно протекает при температурах выше комнатной, т. е. в обычных условиях закалки промышленных сплавов.
Мартенситная кривая атермического превращения в углеродистой стали.
Взрывная кинетика мартенситного превращения
Мартенситные кривые двух образцов стали 35Н24Х со взрывным превращением
Взрывное превращение начинается со скачкообразного, взрывоподобного возникновения достаточно большой порции мартенсита, после чего объемная скорость превращения резко уменьшается и продолжается по атермической кинетике при понижении температуры, а затем может последовать другой взрыв.
Температуру начала взрывного превращения, т.е. температуру первого скачка, принято обозначать Мв.
Одинаковые образцы одного и того же сплава могут иметь различающиеся точки Мв.
Взрывная кинетика мартенситного превращения
Мартенситные кривые двух образцов стали 35Н24Х со взрывным превращением
Взрывное возникновение мартенсита сопровождается звуковым эффектом (отчетливо слышны щелчки) и повышением температуры в локальных объемах, охваченных превращением.
Мартенситный "взрыв" заключается в том, что образовавшаяся пластина вызывает лавинообразное появление большой группы пластин.
Взрывное превращение развивается в основном в области отрицательных температур. При крупных
взрывах обычно возникает линзовидный мартенсит с
мидрибом.
При взрывной кинетике превращения может также формироваться тонкопластинчатый мартенсит. Но в этом случае крупные "взрывы" не наблюдаются, а на мартенситной кривой появляется множество мелких скачков.
Изотермическая кинетика мартенситного превращения
Изотермическое превращение в сплаве Н23Г3
При изотермической выдержке после некоторого инкубационного периода мартенситное превращение развивается с ускорением, а затем с постоянным затуханием во времени.
Как и при обычном фазовом превращении, скорость изотермического мартенситного превращения и инкубационный период зависят от температуры.
Это позволяет строить С-кривые изотермического мартенситного превращения.
ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ СПЛАВОВ ПРИ ЗАКАЛКЕ НА МАРТЕНСИТ
Закалка на мартенсит – упрочнение, повышение твердости.
Мартенситное превращение в чистом железе и в безуглеродистых сплавах. Твердость железа в результате мартенситного превращения возрастает с 60 до 200 HV, а предел прочности – с 200 до 900 МПа.
У отожженного сплава железа с 8% Cr и 0,45% Ni предел текучести равен 220 МПа, а у закаленного с 1000° С он составляет 800 МПа.
Мартенсит характеризуется повышенной плотностью дефектов: двойниковых прослоек и дислокаций. Плотность дислокаций в мартенсите доходит до 1010– 1012 см-2, т. е. по порядку величины такая же, как и в холодно- деформированном металле.
Границы двойников и сплетения дислокаций служат барьером для скользящих дислокаций, т. е. упрочняют мартенсит.
Фазовый наклеп, возникающий при мартенситном превращении, в той или иной степени вносит вклад в упрочнение всех металлов и сплавов, закаливаемых на мартенсит.