Особенности мартенситного превращения (МП) в сталях

А) Время инкубации = 0.

Б) Превращение идет в интервале температур Мн – Мк. Температуры Мн и Мк – константы для данной стали, в пределах реальных скоростей закалки не зависят от скорости охлаждения. Отметим, что при сверхвысоких скоростях охлаждения (более 10⁵ град/с) температура Мн повышается до более высокого уровня.

В) МП невозможно подавить, увеличивая скорость охлаждения.

Г) Кристалл мартенсита растет с огромной скоростью (порядка звуковой), но только до какого-то размера (в пределах аустенитного зерна), после чего рост прекращается, размер далее не изменяется.

Д) Развитие превращения, рост % превращенного объема идет за счет появления новых кристаллов мартенсита.

Е) Превращение идет только при непрерывном охлаждении в интервале

Мн - Мк, при остановке температуры сразу останавливается и А----М.

Ж) Превращение не идет до конца, то есть, при достижении Мк имеем

М + Аост (аустенит остаточный). Еще больше в стали Аост, если Мк ниже 20^оС, а охлаждение при закалке только до комнатной температуры.

З) При А----М наблюдается рельеф на полированной поверхности, что подтверждает сдвиговый характер МП.

И) Твердость мартенсита зависит от %С в стали, чем больше %С, тем выше твердость, примерно при 0,4%С твердость выходит на уровень порядка 60НRС, далее повышается медленно до 63НRС - 67НRС. Твердость стали ниже твердости М в тем большей степени, чем больше после закалки в стали более мягкого Аост.

Структурные особенности.Кристалл (зерно) мартенсита имеет на шлифе иглообразную форму, а на самом деле – линзообразную. Игла М растет только в пределах зерна аустенита (рис.4), размер (балл) М зависит от зерна А. Различают крупно - , средне -, мелкоигольчатый, безигольчатый, скрытокристаллический мартенсит (в инструментальных сталях, при нагреве ТВЧ).

Два структурных типа мартенсита: пластинчатый (игольчатый, фермообразный, низкотемпературный, двойникованный)

и пакетный (реечный, высокотемпературный, недвойникованный).

В кристалле игольчатого М видна средняя линия – мидриб. Установлено, что сначала кристалл низкотемпературного М растет путем двойникования (это область мидриба), но из-за адиабатного эффекта температура локально повышается, и двойникование сменяется скольжением.

Установлено, что в мартенсите высокая, как в наклепаном металле, концентрация дефектов решетки, плотность дислокаций порядка 10¹² см^-2 , что связано с дислокационным механизмом МП.

Установлено (канд.дис. Ларина Д.М. 2009г.), что в низкоуглеродистых легированных мартенситных сталях (типа 12Х2Г2НМФБ, Мн = 360^оС) при закалке образуется пакетный мартенсит, который после низкого отпуска (250^оС) обладает максимальной конструктивной прочностью (σ_В =1300МПа, σ_0,2 = 1065МПа, δ = 15%, ψ = 60%, КСU = 16 Дж/см², КСV = 9 Дж/см², КСТ = 5 Дж/см²).

Таким образом, М – это не просто пересыщенный раствор углерода в

а - Fe, но и фаза с очень высокой плотностью дислокаций.

Поэтому мартенситу при достаточно высоком содержании углерода (выше 0,35 – 0,4%) присуща высокая твердость (до 60НRС и выше) и низкая пластичность - вязкость (рис.3), что связывают в основном с примесным упрочнением, блокировкой дислокаций по механизмам Коттрелла, а также Снука. Отметим, что оба упрочняющих фактора (упрочнение в твердом растворе и упрочнение от высокой плотности дислокаций (по сути, деформационное упрочнение), повышают СПД в ущерб пластичности и вязкости).

В безуглеродистом железе и малоуглеродистой стали мартенсит достаточно пластичен (мала пересыщенность и упрочнение в твердом растворе), но имеет твердость порядка 200НВ (выше, чем у феррита – 80 – 90НВ), в основном, за счет высокой плотности дислокаций.

Достаточно пластичен и свежезакаленый М любых сталей, но через короткое время несколько десятков минут он теряет пластичность и вязкость – очевидно, на дислокациях успевают образоваться атмосферы Коттрелла.