Мартенсит – пересыщенный твердый раствор углерода в α – железе.

Мартенсит имеет тетрагональную искаженную кристаллическую решетку с большим количеством атомов углерода. Соотношение параметров решетки с/а > 1.

Отношение с/а называется степенью тетрагональности мартенсита. Чем больше углерода, тем выше степень тетрагональности.

Мартенсит имеет очень высокую твердость и одновременно высокую хрупкость. Высокая твердость мартенсита обусловлена искажениями кристаллической решетки и большими внутренними напряжениями.

Мартенсит имеет игольчатое строение. Образуется мартенсит из аустенита при охлаждении в результате мартенситного превращения в интервале температур М_н и М_к.

М_н - температура начала мартенситного превращения

М_к.- температура конца мартенситного превращения

Третий тип превращения аустенита – промежуточное превращение, которое происходит при скоростях охлаждения больше, чем скорости перлитного превращения и меньше, чем скорость мартенситного превращения. Такое превращение называется бейнитным превращением.

В результате бейнитного превращения образуется структура бейнит.

Бейнит имеет природу перлита, так как является феррито – цементитной смесью, но высокодисперсной и имеет строение мартенсита – игольчатое.

Таким образом, аустенит при охлаждении может претерпевать три типа превращений:

1. Перлитное превращение – диффузионное превращение, образуются структуры перлит, сорбит, тростит.

2. Промежуточное превращение – образуется структура бейнит.

3. Мартенситное превращение – бездиффузионное превращение, образуется структура мартенсит.

Общий вид превращения аустенита при охлаждении изображается С‑образными кривыми на диаграмме изотермического превращения аустенита.

На рис.10.5 приведена диаграмма изотермического превращения аустенита для эвтектоидной стали (0,8 % С). Горизонтальные линии М_н и М_к показывают температуры начала и конца бездиффузионного мартенситного превращения.

Рис. 10.5 Диаграмма изотермического превращения аустенита эвтектоидной стали

На диаграмме можно выделить следующие области: 1) область устойчивого аустенита (для стали, содержащей 0,8 % С, выше А_с1); 2) область переохлажденного аустенита; 3) область начавшегося, но еще не закончившегося превращения А → П; 4) область закончившегося превращения; 5) область начавшегося, но еще не закончившегося мартенситного превращения (между М_н и М_к); 6) мартенситная область (ниже М_к).

Область, расположенная слева от кривой начала распада аустенита (область переохлажденного аустенита), определяет продолжительность инкубационного периода, характеризующую устойчивость переохлажденного аустенита. С увеличением переохлаждения его устойчивость быстро уменьшается, достигая минимума (для эвтектоидной стали около 550 °С), и далее вновь возрастает.

В зависимости от степени переохлаждения аустенита различают три температурные области превращения: перлитную (переохлаждение до 500 °С), мартенситную (переохлаждение ниже Мн - для эвтектоидной стали ниже температуры 240 °С) и промежуточного (бейнитного) превращения (переохлаждение для эвтектоидной стали в интервале от 500 до 240 °С).

Скорости охлаждения на С – образной кривой показывают, какую структуру можно получить после охлаждения. Так, при охлаждении со скоростью V₁ образуется структура мартенсита. В этом случае скорость охлаждения велика и проходит мартенситное превращение. При скоростях охлаждения V₂ и V₃ проходит диффузионное перлитное превращение и образуются структуры сорбита и тростита.

Касательная к С – образной кривой является минимальной скоростью охлаждения, при которой из аустенита образуется мартенсит. Такая скорость охлаждения называется критической скоростью закалки.

Критическая скорость закалки – минимальная скорость охлаждения, при которой образуется структура мартенсита.

ЛЕКЦИЯ 11

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

К основным видам термической обработки относятся:

1. Отжиг

2. Нормализация

3. Закалка

4. Отпуск

Рассмотрим каждый вид термической обработки, классификацию, режимы и назначение.

ОТЖИГ

Отжигом называется термическая обработка, при которой производится нагрев до определенной температуры с последующей выдержкой и медленным охлаждением вместе с печью.

Назначение отжига получение однородной, равновесной структуры, свободной от остаточных напряжений.

На практике используют два принципиально различных вида отжига: отжиг I рода и отжиг II рода.

Рис. 11.1. Температура нагрева стали при отжиге и нормализации:

1 - диффузионный отжиг; 2 - рекристаллизационный отжиг; 3 - отжиг для снятия напряжений; 4 - полный отжиг; 5 - неполный отжиг; 6 - нормализация;

Отжиг I рода.

Особенностью всех разновидностей отжига I рода является то, что все они не связаны с фазовыми превращениями в твердом состоянии стали и протекают независимо от того, идут при этом фазовые превращения или нет.

Отжиг I рода включает:

1. Диффузионный отжиг применяют для устранения химической неоднородности, возникающей при кристаллизации металла. Этому отжигу подвергают слитки и отливки из легированной стали для устранения ликвации, которая повышает склонность стали при обработке давлением к трещинообразованию.

Нагрев при диффузионном отжиге проводят до максимально высоких температур, так как при этом наиболее интенсивно происходят диффузионные процессы, необходимые для выравнивания в отдельных объемах состава стали. Обычно для легированных сталей температуру диффузионного отжига выбирают в интервале 1050 ‑ 1250 °С.

2. Рекристаллизационный отжиг заключается в нагреве деформированной стали выше температуры начала рекристаллизации, выдержке при этой температуре и последующем медленном охлаждении.

Рекристаллизационный отжиг применяют для устранения наклепа после холодной пластической деформации. При проведении этого отжига главным процессом является рекристаллизация металла.

Рекристаллизационный отжиг используют в промышленности как промежуточный процесс между операциями холодного деформирования (для снятия наклепа).

3. Низкий отжиг для снятия внутренних напряжений проводят с целью уменьшения остаточных напряжений, образовавшихся в металле при ковке, литье, сварке и способных вызвать коробление и разрушение детали. Главным процессом, проходящим при отжиге для снятия внутренних напряжений, является полная или частичная релаксация остаточных напряжений.

На практике отжиг стальных изделий для снятия напряжений проводят в температурном интервале 160 – 700 °С с последующим медленным охлаждением.