Превращения мартенсита при нагревании

Наиболее удобно превращения при отпуске изучать с помощью дилатометрического анализа, который фиксирует изменения размеров образцов, связанные с внутренними превращениями. Аустенит имеет наименьший удельный объем, а мартенсит – наибольший.

Начиная от 80°С до 200°С наблюдается сокращение длины. Это является первым превращением при отпуске, во время которого углерод выделяется из мартенсита и его тетрагональность становится близкой к единице. Такой мартенсит называют отпущенным. Таким образом, вследствие первого превращения при отпуске образуется отпущенный мартенсит, который является гетерогенной смесью пересыщенного феррита (неоднородной концентрации) и когерентно связанных с ним карбидных частиц.

При нагреве выше 200°С проходит превращение остаточного аустенита в гетерогенную смесь, которая состоит из пересыщенного феррита и карбидов, то есть остаточный аустенит превращается в отпущенный мартенсит с содержанием углерода 0,15 - 0,2 %.

Уменьшение удлинения при нагреве cвыше 300°С указывает на полное выделение избыточного углерода из феррита и снятие внутренних напряжений, которые возникли вследствие предыдущих превращений. Одновременно карбид отделяется от феррита и превращается в цементит. Таким образом, снятие внутренних напряжений является отличительной особенностью третьего превращения при отпуске. При 400°С третье превращение заканчивается и сталь состоит из феррита и цементита.

Последующее повышение температуры до 500^оС и выше ведет к сфероидизации и коагуляции выделившегося цементита, поэтому отличительной особенностью четвертого превращения при отпуске закаленной стали является укрупнение карбидных частиц.

При отпуске свыше 400°С образуется смесь феррита и цементита и поэтому образующиеся структуры имеют такое же название, как структуры, полученные при диффузионном распаде аустенита. Сталь, которая отпущена при 350-500°С, имеет структуру троостита отпуска, а при 500-680°С – сорбита отпуска.

Структуры, полученные в результате распада аустенита и образующиеся при нагревании мартенсита, отличаются по твердости и имеют разную степень дисперсности цементитных частиц. В феррито-цементитной смеси, полученной после распада аустенита, цементит имеет пластинчатую форму, тогда как цементит, образовавшийся при отпуске мартенсита, имеет зернистую форму.

Форма, размер и распределение частиц цементита в феррито-цементитной смеси влияют на механические свойства сталей: твердость, прочность, пластичность, вязкость. Феррит имеет высокую пластичность и низкую твердость 80-100 НВ. Цементит имеет почти нулевую пластичность, но очень большую твердость (800 НВ). Пластической деформации (при том или ином виде нагружения) может подвергаться только феррит. Цементитные частицы противодействуют пластической деформации, поскольку возле них возникают искажения кристаллической решетки, что препятствует движению дислокаций.

При малом количестве цементитных включений (пластическая деформация развивается относительно беспрепятственно) прочность и твердость металла изменяются незначительно. При образовании большого количества мелких карбидов и возникающего при этом значительного эффекта торможения дислокаций из-за искажений кристаллической решетки сталь упрочняется. При укрупнении карбидных частиц и увеличении расстояния между ними свободный пробег и размножение дислокаций увеличиваются, что повышает способность металла к пластической деформации.