2.4. Мартенситное превращение и его особенности

Мартенситное превращение аустенита при охлаждении со скоростью, превышающей критическую скорость закалки, заключается в следующем.

К ристаллическая решетка аустенита (ГЦК) перестраивается в ОЦК, но углерод, вследствие малой диффузионной подвижности атомов, не успевает выделяться из решетки и сохраняется в твердом растворе. Известно, что в равновесных условиях растворимость углерода в α-железе при комнатной температуре не превышает тысячных долей процента. Следовательно, мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в -железе. Вследствие сильного пересыщения углеродом кристаллическая решетка мартенсита вытягивается в одном направлении, превращаясь из кубической в тетрагональную (рис. 5). От­ношение параметров с/а, называемое степенью тетрагональности, увеличивается с возрастанием содержания углерода в стали.

Для мартенсита ха­­рактерна чрезвычайно высокая твердость (62-64 НRС), обусловленная образованием пересыщен­­ного твердого раствора. Мартенситное превращение имеет следующие особенности:

1) превращение аустенита в мартенсит является процессом бездиффузионным, т.е. совершается путем перемещения атомов лишь на расстояния, не превышающие междуатомных;

2) для мартенсита характерна особая микроструктура. Крис­таллы мартенсита представляют собой пластины; в плоскости шлифа они имеют вид игл, поэтому принято называть структуру мартенсита игольчатой. Пластины мартенсита образуются по определенным кристаллографическим плоскостям исходного аустенита путем смещения групп атомов относительно друг друга;

3) для мартенситного превращения характерно практически мгновенное появление и рост мартенситных кристаллов. Рост их прекращается по достижении определенных размеров;

4) мартенситное превращение сопровождается увеличением объема, что приводит к фазовому наклепу;

5) мартенситное превращение в стали протекает лишь в процессе охлаждения и прекращается с окончанием охлаждения;

6) мартенситному превращению должен соответствовать некоторый температурный интервал с определенной температурой начала и конца превращения. Эти температуры обозначены на рис. 6 линиями М_н и М_к.

Если при мартенситном превращении прекратить охлаждение в интервале температур М_н – М_к, то в структуре стали, наряду с мартенситом, сохранится некоторое количество остаточного аустенита. Чем ближе конечная температура стали к температуре линии М_к, тем меньше остаточного аустенита содержит сталь. Положение линий М_н и М_к зависит от содержания углерода в стали: чем больше углерода, тем ниже расположены линии М_н и М_к, следовательно, тем больше остаточного аустенита может сохраниться в стали после закалки.

П

ри содержании в стали больше 0,5 % С температура М_к располагается ниже комнатной (рис. 6). Следовательно, в этом случае за­каленная сталь всегда содер­жит некоторое количест­во остаточного аустенита.

Для снижения количест­­ва остаточного аустенита иногда применяется об­ра­ботка холодом. Она заключается в охлаждении стали после закалки ниже комнатной температуры, что создает возможность дополнительного превраще­ния в мартенсит некоторого количества остаточного аустенита.