9.8. Мартенситное превращение

Если скорость охлаждения стали от высоких температур (выше Ас₃) становится достаточно большой (v > v_к, рис. 54) для по­давления распада аустенита на феррито-цементитную смесь, то аустенит испытывает мартенситное превращение [Fe_γ (С) → Fe_α (С) или А→М] с образованием новой фазы в стали—мартенсита.

Мартенсит в углеродистой стали есть пересыщенный твердый рас­твор внедрения углерода в решетку Fe_α.

Мартенситное превращение было открыто при изучении закалки и первоначально под ним подразумевался только процесс, приводя­щий к образованию мартенсита в сталях. Однако впоследствии было установлено, что мартенситное превращение следует трактовать шире, так как его характерные особенности наблюдаются не только в ста­лях, но и в других железных сплавах, цветных сплавах и даже в полупроводниках. Поэтому в настоящее время под мартенситным превращением понимается особый вид фазового превращения в твер­дом теле, протекающего по бездиффузионному, сдвиговому механизму, называемому мартенситным, а под мартенситом — продукт такого превращения.

Можно выделить следующие характерные особенности мартенситного превращения в стали:

1. Мартенситное превращение—бездиффузионное. Концентра­ция углерода в мартенсите такая же, как и в исходном аустените, мартенсит — перенасыщенный твердый раствор углерода в Fe_α.

2. Механизм А → М превращения носит сдвиговый характер.

3. Сдвиговой механизм превращения при­водит к образованию на поверхности полированного шлифа стали характерного рельефа.

4. Кристаллическая решетка мартенсита в сталях не кубическая как у Fe_α, а тетрагональная, при этом тетрагональность решетки (отношение параметров с/а) линейно увеличивается с ростом содержания в стали углерода, а в ряде высоколегированных сталей зависит и от содержания легирующих эле­ментов.

5. Наиболее типичной формой мартенситного кристалла является пластина или линза с малым отно­шением толщины к другим линей­ным размерам, имеющая сложное внутреннее строение. Форма мартенситных кристаллов соответст­вует минимуму упругой энергии, возникающей при мартенситном превращении (рис.55).

6. Время образования одного кристалла мартенсита менее 10^-7 с, а скорость его роста более 10⁵ см/с, т. е. близка к скорости звука в твердом теле и не зависит от температуры превращения.

7. А → М превращение протекает в определенном температурном интервале: начинается при температуре М_н и заканчивается при более низкой температуре М_к (эти температуры называются мартенситными точками). При данной температуре с громадной скоростью образу­ется только определенное количество мартенсита и для возобновления превращения сталь надо охлаждать в интервале М_н - М_к.

8. Температура М_н в широком диапазоне скоростей охлаждения не зависит от ее величины, а А → М превращение невозможно пода­вить даже при самых больших скоростях охлаждения.

9. Мартенситные точки зависят от состава стали; сильно М_н и М_к снижает углерод.

10. А → М превращение не идет до конца: в стали всегда су­ществует так называемый остаточный аустенит, количество которого увеличивается при понижении точки М_н , на­пример за счет легирования углеродом.

11. Приложение внешних упругих напряжений или деформаций увеличивает количество образуемого мартенсита и повышает тем-­

пературу начала его образования. Температура, ниже которой возможно образование мартенсита при деформации, обозначается М_Д.