Кристаллов ориентированных

При нарушении когерентности решеток дальнейший упорядоченный переход атомов из одной модификации в другую становится невозможным, и рост кристаллов мартенсита прекращается. Диффузионный переход атомов из одной фазы в другую при таких низких температурах практически исключается.

ются дислокационные узлы и кроме того в тех объемах аустенита, которые флуктуацпонно обеднены углеродом. Пока на границе мартенсита и аустенита существует сопряженность решеток (когерентность), скорость образования и роста кристаллов мартенсита очень велика (~103 м/с). Поскольку мартенситное превращение осуществляется путем закономерного и кооперативного перемещения

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-

Высокая твердость мартенсита объясняется главным образом влиянием внедренных атомов углерода в решетку «-фазы, созданием микро- и субмикроскопической неоднородности строения с повышенной плотностью дефектов кристаллического строения. Поверхности раздела кристаллов мартенсита представляют собой трудно преодолимые препятствия для движения дислокаций. Подвижность дислокаций затруднена и в связи с повышенной их плотностью из-за фазового наклепа. Все это и определяет высокую твердость стали, имеющей мартепситную структуру. Хрупкость мартенсита связана с пониженной подвижностью заблокированных дислокаций, что уменьшает возможность пластической релаксации в местах концентрации напряжений. Присутствие углерода и других примесей в твердом растворе повышает электросопротивление и коэрцитивную силу мартенсита, понижает остаточную индукцию и магнитную проницаемость по сравнению с ферритом.

на границах кристаллов мартенсита и в местах с повышенной плотностью дефектов.

Мартенситное превращение заключается в образовании внутри каждого зерна аустенита большого числа кристаллов мартенсита, имеющих форму пластинок, величина которых (около 10~3—10"4 см) зависит от состояния зерен аустенита. Более однородной и совершенной кристаллической структуре аустенита соответствуют крупные кристаллы образующегося мартенсита, и наоборот. Превращение происходит не за счет роста, а вследствие образования новых кристаллов. Мартенситное превращение при охлаждении характеризуется следующими кривыми (рис. 8.18).

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'-'.:'.'
При ТМО сталей наблюдается весьма сложное взаимодействие процессов пластической деформации и фазового превращения. Известно, что при пластической деформации в области стабильного аустенита (выше точки Acs) зерна аустенита дробятся на более мелкие и процесс блокообразования протекает более интенсивно. Последующая закалка, при которой температура стали быстро снижается ниже температуры рекристаллизации (чем предотвращается развитие собирательной рекристаллизации), позволяет сохранить блочную структуру деформированного аустенита до начала мартенситного превращения, которое протекает в пределах блочной структуры аустенита. Чем мельче будут получаемые при высокотемпературной деформации блоки в аустените, тем более дисперсной окажется структура мартенсита. Это и понятно, так как в тонкой структуре аустекита с нарушенным строением кристаллической решетки в областях границ блоков имеется большое число центров, энергетически выгодных для образования зародышей кристаллов мартенсита, а это предопределяет развитие тонких мартенситных пластинок. Превращение аустенита в мартенсит сопровождается дальнейшим измельчением областей когерентного рассеивания внутри кристаллов мартенсита до 10~5— Ю-6 см [19].

Общее представление о механизме упрочнения стали в результате ТМО было бы неполным, если 1не рассмотреть еще возможность полиморфного превращения стали под напряжением. В работах Курдюмова с сотрудниками [21] было показано понижение мартенситной точки, а также превращение аусте-нита в мартенсит непосредственно во время деформации в надмартенситной области температур. С увеличением степени деформации указанные явления протекают все более интенсивно, причем максимальное превращение аустекита в мартенсит под действием приложенного напряжения происходит обычно при деформации свыше 50%, но при этом почти полностью исключается превращение при последующем охлаждении. Кристаллы так называемого «мартенсита деформации» (мельче кристаллов «мартенсита охлаждения» недеформированной стали, что также способствует упрочнению. Дисперсность структуры «мартенсита деформации» тем выше, чем больше степень деформации аустенита в надмартенситной области температур.

бы частичной рекристаллизации (рекристаллизации первого рода), что несколько ухудшает дисперсность структуры аусте-нита, а тем самым и степень измельченности получающихся в конечном итоге кристаллов мартенсита. Это и является, по-кидимому, основным препятствием для получения более высоких пределов прочности стали методом ВТМО.

Получаемая в результате ТМО предпочтительная ориентация кристаллов мартенсита также оказывает определенное влияние, проявляющееся в анизотропии механических свойств [111, 112, 121]. Так, испытания образцов стали 4340, упрочненных с помощью НТМО и вырезанных в продольном и поперечном направлениях, показали, что ориентация образцов, не оказывая заметного влияния на прочностные свойства (аь и as) существенно влияет на характеристики пластичности: относи-

Полированный металл имеет самый верхний слой из мельчайших кристаллических образований, многие из которых не имеют законченной решетки и представляют собой как бы обломки правильных кристаллических структур. Такое строение позволяет считать этот слой аморфным. Под ним находится слой очень мелких кристаллов, ориентированных в направлении полирования. Далее следует переходная к исходной структуре прослойка слабо наклепанных кристаллов [32]. Если исключить адсорбированную пленку, то поверхностный слой обработанной инструментом поверхности состоит из наружного очень тонкого слоя, более или менее сильно разрушенных кристаллических зерен и наклепанного слоя четкой кристаллической структуры. Заметим, что наклепом называют упрочнение металла под действием пластической деформации. По мере увеличения степени деформации прочность металла (сплава) возрастает, пластичность, оцениваемая относительным удлинением, снижается.

Свинделс и Ларе [2081 использовали метод порошковой металлургии для получения композиционного материала на основе алюминиевого сплава, армированного одновременно двумя упроч-нителями — волокном типа борсик и нитевидными кристаллами карбида кремния. Введение нитевидных кристаллов, ориентированных в направлении, перпендикулярном к направлению волокон, позволило значительно повысить трансверсальную прочность и модуль упругости материала.

Атомы углерода осаждаются на подложку упорядоченным образом, слой на слой, образуя правильную структуру с более высоким, чем у технического графита, отношением прочности к массе. Плоскости отдельных шестиугольных частиц пирографита параллельны поверхности осаждения, но не имеют регулярной структуры. Анализ показал, что пирографит обладает высокоориентированной структурой кристаллов. Хотя технический графит в процессе прессования (трамбовки) также становится анизотропным, отношение числа кристаллов, ориентированных своей главной осью по нормали к поверхности, к ориентированным параллельно ей, у него не превышает 2:1, тогда как у пирографита это от-168 ношение равно 1000 : 1. Высокая степень структурной анизотропии пи-

Структура слитка спокойной стали (рис. 108). При заполнении изложницы жидким металлом на стеиках и дне изложницы с большой скоростью образуется тонкий слой (6—15 мм) мелких кристаллов, ориентированных в разные стороны — корочка. В дальнейшем скорость отвода тепла снижается, что способствует росту кристаллов. Эти кристаллы растут перпендикулярно стенкам изложницы. Образуется зона столбчатых кристаллов крупного размера. По мере роста крупных дендритов направленный теплоотвод в центральных частях слитка ослабевает и в его центре кристаллы растут в разных направлениях и имеют большие размеры, так как скорость кристаллизации невелика. Появляется центральная зона крупных разноори-

I. Методы монокристаллического литья, основанные на конкурентном росте столбчатых зерен. Конкурентный рост зерен основан на приоритетном сохранении растущих с наибольшей скоростью столбчатых кристаллов, ориентированных в направлении [001]. При получении монокристаллических деталей на установках с водоохлаждаемым холодильником на практике используют эффект резкого сужения формы, благодаря чему из многих кристаллитов, зарождающихся на поверхности холодильника, отбирают единственный кристаллит, который первым достигнет этого сужения. В данном случае используется размерный ограничитель столбчатой структуры (размер поперечного сечения зерна столбчатой структуры значительно больше мундштука ограничителя, рис, 15.5, а). При прохождении поверхности кристаллизации через идущий вверх канал — селектор (ступенчатый — «прямой угол», угловой — наклонный, спиральный — геликоидный, см. рис. 15.5, б—г) обеспечивается строгая ориентация преимущественного направления роста кристаллов (кристаллографическое направление [001]) вдоль оси селектора, поскольку кристаллы с другой ориентацией, упираясь в стенку наклонно или перпендикулярно идущему каналу, прекращают свое развитие. Вырастающий из литника-селектора кристалл является зародышем будущей монокристаллической отливки. Ускорение процесса отбора зерна достигается при размещении начальных сечений литниковой системы (стартера, литников-селекторов) существенно ниже сечения детали (рис. 15.6). В процессе роста дендриты должны несколько (3—4) раз поменять свое направление до того, как соединиться с сечением изложницы. Этим обеспечивается рост лишь одного зерна с кристаллографическим направлением [001]. Для получения отливки используют керамическую оболочковую форму, изготовленную по выплавляемой модели. Отливка (рис. 15.6) вместе с

В металлических изделиях содержится очень большое количество кристаллов. В стальном прокате, например, в 1 см? содержатся десятки тысяч кристаллов. Все они произвольно ориентированы. Хотя у каждого кристаллика свойства зависят от направления, у металлического изделия в целом свойства в любом направлении одинаковы. В любом направлении оказывается приблизительно равное количество кристаллов, ориентированных вдоль этого направления осями наибольшей и наименьшей прочности, теплопроводности, электропроводности и пр.

На первой стадии деформации кристаллов, ориентированных для одиночного скольжения, реально действует одна система скольжения. При этом основным механизмом размножения дислокаций является генерирование их источниками типа источников Франка — Рида и размножение винтовых участков расширяющихся дислокационных петель механизмом двойного поперечного скольжения [204]. Исходя из этого эволюция плотности дислокаций описывается уравнением [201]

Во многих накипях и отложениях, в том числе в большинстве шламов, при рассмотрении под микроскопом можно обнаружить наличие кристаллических форм (по крайней мере в отдельных частях). Обычно это формы, содержащие кальций, который почти всегда образует соединения с кристаллической структурой. Гидрат окиси магния и серпентин в большинстве случаев выглядят под микроскопом совершенно аморфными, и часто только рентгеноструктурное исследование позволяет установить их кристаллическую структуру. Фосфаты обычно выпадают в виде очень мелких кристаллов. Регулярную кристаллизацию накипей нельзя отнести к обычным явлениям, но если она происходит, то накипь получается плотной и состоит из кристаллов, ориентированных, как правило, в направлении, составляющем с поверхностью

У полированного металла самый верхний слой состоит из мельчайших кристаллических образований, многие из которых не имеют законченной решетки и представляют собой как бы обломки правильных кристаллических образований. Такое строение позволило считать этот слой аморфным. Под ним находится слой очень мелких кристаллов, ориентированных в направлении полирования. Далее следует переходная к исходной структуре прослойка слабо наклепанных кристаллов без выраженной текстуры.

Полированный металл имеет самый верхний слой из мельчайших кристаллических образований, многие из которых не имеют законченной решетки и представляют собой как бы обломки правильных кристаллических структур. Такое строение позволяет считать этот слой аморфным. Под ним находится слой очень мелких кристаллов, ориентированных в направлении полирования. Далее следует переходная к исходной структуре прослойка слабо наклепанных кристаллов [32]. Если исключить адсорбированную пленку, то поверхностный слой обработанной инструментом поверхности состоит из наружного очень тонкого слоя, более или менее сильно разрушенных кристаллических зерен и наклепанного слоя четкой кристаллической структуры. Заметим, что наклепом называют упрочнение металла под действием пластической деформации. По мере увеличения степени деформации прочность металла (сплава) возрастает, пластичность, оцениваемая относительным удлинением, снижается.