Кристаллы мартенсита

На линии DCF находятся в равновесии три фазы: жидкость концентрации D, кристаллы компонента В и кристаллы химического соединения АпВт.

Если кристаллы компонента В будут изоморфны высокотемпературной модификации А, то диаграмма примет вид,

пользуясь правилом рычага. Так, например, в точке О имеются две фазы: жидкость состава Ь и кристаллы компонента В. Количество их определится соотношением отрезков ОВ и Ob.

1 Так как компонент В может растворять компонент А, то из a-твердого раствора выделяются не кристаллы компонента В, а кристаллы твердого раствора 3, а из твердого раствора (^-кристаллы a-твердого раствора. Кристаллы, выделившиеся из твердого раствора, называют вторичными и обозначают в данном случае сим^ волами СХЦ (Рп), в отличие от первичных а (Р) кристаллов, выделяющихся п< жидкой (разы. Выделение вторичных кристаллов из эвтектических составляющих структурно не обпаружчпж'тся, гак как они объединяются с соответствующими фазами эвтектики

На отрезке DCF находятся в равновесии три фазы: LD (жидкость концентрации D), кристаллы компонента В и химического соединения А„Вт.

компонента А; Ве^Е'е^В — поверхность, по которой выделяются кристаллы

На рис. 3.3.4, д представлена диаграмма состояния с ретроградной растворимостью. В этом случае растворимость компонента В с повышением температуры от точки t? сперва падает до точки /а, затем снова растет. При нагревании от /?до / кристаллы компонента В выпадают, а при дальнейшем нагревании снова растворяются.

Диаграммы состояния первого типа относятся к сплавам, компоненты которых А и В неограниченно растворяются один в другом в жидком состоянии и не растворяются в твердом (рис. 16, а). Выше линии acb сплав находится в жидком состоянии. При охлаждении сплава ниже линии ас (линии ликвидус) начинается кристаллизация компонента Айв области acd находятся жидкий сплав и кристаллы компонента А. С понижением температуры увеличивается содержание кристаллов А и, соответственно, уменьшается содержание компонента А в жидком сплаве. При температуре, соответствующей линии dc (линии солидус), содержание компонентов в оставшемся жидком сплаве дости-

На линии DCF находятся в равновесии три фазы: жидкость концентрации D, кристаллы компонента В и кристаллы химического соединения АпВт.

Если кристаллы компонента В будут изоморфны высокотемпературной модификации А, то диаграмма примет вид,

пользуясь правилом рычага. Так, например, в точке О имеются две фазы: жидкость состава 6 и кристаллы компонента В. Количество их определится соотношением отрезков 0В и 06.

Для мартенсита характерна особая микроструктура. Кристаллы мартенсита представляют собой пластины2, расположен-

В случае полиморфного превращения при переохлаждении высокотемпературной фазы чаще происходит бездиффузионное превращение высокотемпературной модификации в низкотемпературную. Без/т.иффузионное превращение осуществляется сдвиговым путем. В основе сдвигового механизма превращения лежит кооперативное и закономерное перемещение атомов, при котором они сохраняют своих соседей и смещаются один по отношению к другому на расстояния, меньшие межатомных. При этом изменения состава фаз не происходит. Превращение, протекающее при значительном переохлаждении, называют мартенсипшым, а образующуюся фазу — мартенситом. Во время превращения образующийся кристалл мартенсита когерентно связан с исходной фазой и его рост идет с большой скоростью (~1(Р м/с) даже при температурах, близких к абсолютному нулю. Как правило, мартенсит закономерно ориентирован относительно исходной высокотемпературной фазы. Кристаллы мартенсита имеют форму пластин (игл).

Сдвиговый механим мартенситного превращения отличается закономерным кооперативным направленным смещением атомов в процессе перестройки решетки. Отдельные атомы смещаются на расстояния, не превышающие межатомные, сохраняя взаимное соседство, однако величина абсолютного смещения растет пропорционально удалению от межфазной границы. Это приводит к макроскопическому сдвигу, внешним проявлением которого является появление игольчатого микрорельефа на поверхности металлического шлифа (рис. 109, а). В процессе превращения кристаллы мартенсита сопряжены с аустепитом по определенным кристаллографическим плоскостям (см. рис. 65), и между растущими мартенситными кристаллами и аустепптной матрицей образуется когерентная граница.

Кристаллы мартенсита зарождаются в дефектных участках, где име-

Вследствие увеличения упругой энергии A.FyM), рост кристалла мартенсита может прекратиться без нарушения когерентности. В этом случае устанавливается термоупругое равновесие между мартенситом и исходной фазой (A/v> •— 0). При повышении температуры A/v> и кристалл мартенсита уменьшается, а при понижении температуры A/V, и кристаллы мартенсита растут, пока не нарушится когерентность или не установится новое термоупругое равновесие. Термоупругое мартенситное превращение было обнаружено в 1949 г. Г. В. Курдюмовым и А Г. Хандросом Это открытие названо «эффект Курдюмова».

Превращение аустенита в мар-генсит происходит при непрерывном понижении температуры. Развитие превращения при этом протекает в результате образования УМ1111 "W '^^^^^f~~M новых кристаллов мартенсита.Кристаллы мартенсита ориентацион-

кристаллографических направлениях неодинакова. Вследствие этого кристаллы мартенсита имеют форму пластин,которые закономерно ориентированы в исходном аустените: (011) мартенсита (1П) аустенита, [ПО] аустенита 1111 I мартенсита. Кристаллы мартенсита в зависимости от состава стали (в первую очередь в зависимости от содержания углерода), а, следовательно, и от температуры своего образования могут иметь разную морфологию и различную субструктуру. Различают два основных морфологических типа мартенситных кристаллов: пакетный (или реечный) и пластинчатый (двойникованпый). Пакетный мартенсит образуется в углеродистых и легированных конструкционных сталях (содержащих не более 0,5 % С), у которых точка М лежит при сравнительно высоких температурах (рис. 108). Кристаллы пакетного мартенсита имеют форму тонких (0,1—0,2 мкм) пластин (реек). Группа параллельных кристаллов образует вытянутый пакет (рис. ПО, о, 109, б и г). В каждом зерне аустенита обычно возникает несколько (2—4) пакетов мартенсита (рис. 110, а). При увеличениях светового микроскопа отдельные кристаллы (монокристаллы) мар-генсита в пакете не видны и выявляются лишь границы пакетов. Реечные кристаллы мартенсита обычно разделены прослойками остаточного аустенита (рис. ПО, а). Так как пакетный мартенсит в низкоуглеродистых сталях образуется при высоких температурах, он претерпевает частичный распад (самоотпуск). Внутри кристаллов мар-гепсита выделяется некоторое количество карбидных частиц, что приводит к образованию кубического мартенсита. Субструктура пакетного мартенсита сложная и характеризуется большой плотностью дислокаций (~10'- см"2).

Пластинчатый (двойникованный) мартенсит образуется в высокоуглеродистых сталях (более 0,8 % С), имеющих низкие температуры мартенситных точек (рис. 108) 1. Кристаллы низкотемпературного пластинчатого мартенсита имеют линзовидную форму, соседние кристаллы не параллельны и образуют сложные пространственные группировки (рис 109, г и д и ПО, б). В плоскости шлифа они могут иметь вид игл (рис. 109, д). Кристаллы пластинчатого мартенсита состоят в средней своей части из большого числа микродвойпиков, образующих среднюю зону повышенной тра-вимости, называемую мидриГюма (рис. 109, г, ПО, 6). Толщина этих двойников может достигать ~ К) им. Размеры кристаллов любой морфологии мартенсита во многом определяются величиной зерна исходного аустенита (пли субзерна при наличии субструктуры). Кристаллы мартенсита (особенно те, которые образуются вблизи /И,,) тем крупнее, чем больше зерно аустенита.

Кристаллы мартенсита в пространстве представляют собой !:Ластиы.[. >''.'.-кающиссч к концу, н на фото; рафиях, снятых с плоскости шлифа, кажутся иготьчатыми. Согласие- результатам электронна микроскопических и рентгеновских исследований, кристаллы мартенсита имени- мелкоблочное строение с размером блоком порядка H)'SM. Кристаллы мартенсита располаг <ютс« •••MI углами о; носи'1 VI' не :ip\'. jpv.' a. ')'; • roi'i •;•;• i . гом, " ' • ч:рс -n'~i'-'.:'.'
Соседние пакеты разориентированы значительно больше, что свидетельствует о существовании между ними высокоугловых границ. В пределах одного пакета наиболее часто встречаются рейки толщиной 0,3—0,4 мкм. Внутри кристалла мартенсита наблюдается высокая плотность дислокаций (не ниже. 1010 см"2). Кристаллы мартенсита, образовавшиеся при повышенных температурах, - успевают опуститься в процессе охлаждения. * Внутри некоторых реек мартенсита отчетливо видны кристаллографически ориентированные выделения карбидной фазы, которая

и рентгеноструктурные исследования, размеры кристаллов мартенсита и блоков после НТМО в несколько раз меньше, чем после обычной закалки. В процессе деформации метастабильного аустенита происходит дробление исходных зерен аустенита, образование большого количества новых блоков и дефектов решетки (дислокаций). За время промежуточных подогревов при НТМО в районе температуры 550° С дислокации частично перемещаются по объему металла, однородные дислокации выстраиваются в стенки, образуя границы полигонов. Поли-гонизация упрочняет сталь. Дальнейшая деформация вызывает образование множества упругодеформированных блоков, также в той или иной степени разориентированных относительно друг друга. Такие структурные изменения приводят к упрочнению аустенита и имеют большое значение для формирования мартенсита. При охлаждении после пластической деформации кристаллы мартенсита образуются уже не в пределах крупных зерен аустенита, а в пределах мелких блоков деформированного аустенита. Кристаллы мартенсита и внутри их блоки получаются малых размеров. При этом возрастает плотность дислокаций.