Мартенситное (бездиффузионное) превращение

При термообработке стали нагревают до определенных температур и охлаждают с различными скоростями. Скорость охлаждения будет существенным образом влиять на кинетику превращения исходного (аустенитного) зерна, а следовательно, и на образующиеся в результате охлаждения структуры.

Рассмотрим два предельных случая:

1. Скорость охлаждения мала (охлаждение вместе с печью или на воздухе, ).

В этом случае распад аустенита идет на линии PSK в полном соответствии с диаграммой железо-цементит:

– перлитное (диффузионное) превращение.

Иными словами, из фазы с содержанием углерода 0,8 % (аустенит), образуется смесь двух новых фаз, одна из которых содержит ~ 0,025 % С (феррит), а другая 6,67 % С (цементит).

Такое превращение возможно в том случае, если происходит диффузия углерода из одних участков сплава (которые в результате обедняются углеродом) к другим, которые будут обогащаться углеродом.

Таким образом, перлитное превращение по своей сути будет являться диффузионным.

2. Скорость охлаждения весьма велика ( )

Необходимые условия для протекания диффузии – высокая температура и длительное время. Если при медленном охлаждении эти условия выполняются (вследствие появления «площадки» на кривой охлаждения при температуре 727 °С), то при быстром охлаждении диффузия углерода полностью подавляется. В то же время превращение происходит полностью. В результате весь углерод, находившийся в аустените, полностью останется в решетке . Таким образом, структура стали после быстрого охлаждения будет представлять собой перенасыщенный раствор углерода в . Вследствие того, что решетка -железа будет содержать избыточное количество углерода, она искажается и возникает ее «тетрагональность» (с/а > 1, см. рис. 8.2, б), то есть параметр решетки по оси OZ будет больше, чем по осям OX и OY (сравните рис. 8.3, а и 8.3, б). Образующаяся фаза носит название «мартенсит» ( ; М).

Мартенситом называется упорядоченный пересыщенный раствор углерода в , образующийся из аустенита бездиффузионным (сдвиговым) путем.

Мартенситное превращение, в отличие от перлитного – бездиффузионное.

Тетрагональность решетки мартенсита объясняется преимущественным расположением атомов углерода по направлению OZ.

а)	б)
с/а = 1

Рис. 8.3. Кристаллические решетки феррита (о.ц.к.)

и мартенсита (о.ц.т.)

Вследствие тетрагональности решетки в ней возникают значительные внутренние напряжения, которые и приводят к увеличению прочностных свойств стали при закалке.