3.1.4. Превращения мартенсита при нагреве

Мартенсит и остаточный аустенит являются неравновесными фаза­ми, которые при нагреве могут переходить в более устойчивое состоя­ние и распадаться с образованием структур, состоящих из феррита и цементита. Распад этих фаз идет по диффузионному механизму, скорость которого зависит от температуры нагрева. При нагреве мар­тенсит начинает распадаться в первую очередь.

Как было отмечено выше, структурные превращения сопровожда­ются изменением удельного объема стали. В частности, при распаде мартенсита происходит уменьшение объема, а при распаде аустени-та - увеличение. Поэтому для изучения структурных превращений при нагреве закаленной стали пользуются дилатометрическим анали­зом, суть которого заключается в точной фиксации изменений длины закаленных образцов. В соответствии с характером изменения длины закаленных образцов в углеродистой стали различают четыре стадии превращения при нагреве.

На первой стадии превращения в интервале температур 80...200 °С из мартенсита выделяется углерод в виде s-карбида, стехиометриче-ский состав которого приближенно соответствует Fe2C. Выделение углерода из мартенсита снижает степень тетрагональное™ кристал­лической решетки, в результате чего длина образца уменьшается. Дисперсные кристаллы s-карбида когерентно связаны с кристалли­ческой решеткой исходной мартенситной фазы, которая поэтому со­храняет высокую твердость.

Вторая стадия превращения связана с протеканием одновремен­но нескольких процессов. Распад остаточного аустенита, продуктом которого являются мартенсит и дисперсные карбиды, происходит в температурном интервале 200...300 °С. Одновременно продолжает­ся выделение углерода из мартенсита, что сопровождается дальней­шим уменьшением степени тетрагональное™ его решетки, которая к завершению второй стадии становится почти кубической (содержа­ние углерода равно 0,1 %). Такой мартенсит называется отпущенным. Около 250 °С начинается карбидное превращение, при котором ранее выделившийся s-карбид превращается в цементит. Это превращение приводит к нарушению когерентности решеток твердого раствора и карбида железа. В результате превалирования процесса распада аусте­нита на второй стадии происходит увеличение длины закаленного об­разца.

На третьей стадии в интервале температур 300...400 °С выделе­ние углерода из мартенсита завершается полностью, что приводит к формированию ферритоцементитной смеси, идентифицируемой как троостит.

На четвертой стадии при дальнейшем повышении температуры до 600 °С происходит рост кристаллов цементита за счет их коагуля­ции и образование более грубой ферритоцементитной смеси - сор­бита.

3.2. Основные виды термической обработки стали

Термическая обработка позволяет значительно изменить многие свой­ства металлов, особенно механические.

В машиностроении термической обработке подвергается более половины объема выпускаемой номенклатуры деталей - от деталей приборов, разнообразных деталей машин до крупных элементов ме­таллургического и энергетического оборудования.

Основными факторами воздействия при термической обработке являются температура и время. Изменяя температуру и скорость на­грева или охлаждения, можно целенаправленно изменять структуру и свойства стали в зависимости от требований, предъявляемых к изде­лиям. Выбор вида термической обработки определяется характером требуемых структурных изменений в металле. К основным видам тер­мической обработки относятся отжиг, закалка и отпуск.