Мартенситного превращений

В соответствии с ранее развиваемыми представлениями (Г. В. Курдюмов) экспериментально было показано, что имеется интервал температур, при которых протекает изотермическое мартенситное превращение (рис. 211). Скорость, как и для других протекающих в изотермических условиях превращениях, т. е. активируемых тепловыми колебаниями атомов, вначале увеличивается с понижением температуры, достигает максимума (для данного сплава при —140°С) и затем убывает. Рост мартенситного кристалла для данного вида мартенситного превращения зависит от температуры и происходит сравнительно медленно.

Согласно теории (Г. В. Курдюмов) на границе растущего мартенситного кристалла и исходной фазы (аустенита) сохраняется когерентность, однако нарастание напряжения на этом участке раздела фаз приводит к срыву когерентности и приостанавливает превращения. Столь резкое различие в кинетике превращения приводит к большому микроструктурному различию обоих видов мартенсита (рис. 212).

В процессе роста мартенситного кристалла вследствие разности удельных объемов аустеиита и мартенсита увеличиваются упругие

С увеличением содержания углерода степень тетрагональное™ решетки (с/а) повышается. Отношение с/а -1 + 0,046С, где С - концентрация углерода в аустените, % по массе. Мартенситное превращение протекает только в том случае, если быстрым охлаждением аустенит переохлажден до низких температур, при которых диффузионные процессы становятся невозможными. Мартенситное превращение осуществляется путем сдвига и не сопровождается изменением состава твердого раствора. Отдельные атомы смещаются относительно друг друга на расстояния, не превышающие межатомные, сохраняя взаимное соседство. В процессе роста мартенситного кристалла

4. «Текстура выделения» определяется кристаллографич. текстурой (через ори-ентационное соответствие) и текстурой дислокаций (через зародышевое влияние дефектов упаковки). Сохранение «текстуры выделений» при последующих кратковременных нагревах определяется локализацией и неравномерностью распада в пределах мартенситного кристалла, а также сохранением неоднородного распределения в стали углерода и легирующих элементов.

В процессе роета мартенситного кристалла вследствие разности удельных объемов аустенита и мартенсита увеличиваются упругие напряжения в области когерентного сопряжения, что в конечном счете приводит к пластической деформации и образованию межфазной границы g неупорядоченным расположением атомов. Сопряженность решеток нарушается и по достижении растущим кристаллом границы зерна {субграницы) или других дефектов кристалла. При нарушении когерентности решеток дальнейший упорядоченный переход атомов из аустенита в мартенсит становится невозможным, и рост кристалла мартенсита прекращается.

Накопление энергии упругой деформации при сдвиговом превращении может оказаться настолько большим, что превысит разницу термодинамических потенциалов фаз и рост мартенситного кристалла прекратится. С изменением температуры и давления изменяются и термодинамические потенциалы, что может привести к росту или сокращению мартенситного кристалла. Г. В. Курдюмов и Л. Г. Хандрос [141] обнаружили термоупругий мартенсит, кристаллы которого увеличивались или уменьшались в размерах при изменении внешних условий. Напряжения, возникающие при росте мартенситного кристалла, могут стимулировать зарождение новых кристаллов, и, таким образом, мартенсит-ные превращения могут быть автокаталитическими. Результатом автокаталитического характера превращения яв-' ляется образование структуры с характерным зигзагообразным размещением пластин.

Развивались также представления о существовании двух типов мартенсита в сплавах на железной основе, которые различаются индексами плоскостей, ограничивающих мартенситную пластину (т. е. имеются кристаллы с различными плоскостями габитуса: {225}А и {259}^), и соответственно скоростью образования мартенситного кристалла. t Мартенсит с габитусом {259} образуется с очень большой скоростью, близкой к скорости звука (так называемое Umklapp-превращение), мартенсит с габитусом {225} не обладает взрывной кинетикой.

Образующийся в результате однородной деформации кристалл мартенсита находится в окружении аустенитной матрицы, поэтому его появление сопровождается возникновением значительной упругой энергии. Как показано в работах (245, 246], упругая энергия мартенситного кристалла будет минимальной,-

решетки имеет закономерный характер, и в результате суммирования множества таких перемещений при росте мартенситного кристалла (иглы) происходит реальный сдвиг на его границе с аусте-нитом. Рост кристалла мартенсита возможен лишь до тех пор, пока существует когерентность (соответствие) между его решеткой и решеткой аустенита, т. е. когда один из слоев атомов принадлежит и той и другой решетке, и между обеими фазами нет поверхности раздела. Сдвиг вызывает очень высокие напряжения, оказы-

В соответствии с ранее развиваемыми представлениями (Г. В. Курдюмов) экспериментально было показано, что имеется интервал температур, при которых протекает изотермическое мартенситное превращение (рис, 211). Скорость, как и для других протекающих в изотермических условиях превращениях, т. е. активируемых тепловыми колебаниями атомов, вначале увеличивается с понижением температуры, достигает максимума (для данного сплава при —140°С) и затем убывает. Рост мартенситного кристалла для данного вида мартенситного превращения зависит от температуры и происходит сравнительно медленно.

в себе элементы перлитного и мартенситного превращений: диффузионное перераспределение углерода в аустените и между продуктами его распада и сдвиговое кооперативное мартепситное превращение у -* а-

Бейнитное превращение переохлажденного аустенита сочетает в себе элементы перлитного и мартенситного превращений: диффузионное перераспределение углерода в аустените между продуктами его распада и мартен-ситное бездиффузионное превращение.

Изучение кинетики превращения аустенита в мартенсит было начато проф. С. С. Штейнбергом в 1929 г. Через год им уже была опубликована в журнале «Металлург» статья «О превращении аустенита в мартенсит», в которой были даны основные положения теории мартенситного превращения и развернутая критика работ немецкого проф. Ганемана. В 1937 г. проф. С. С. Штейнбергом была опубликована в журнале «Металлург» вторая статья под заглавием «О мартенситном превращении аустенита», в которой он указал на ошибочность представлений некоторых металловедов, считавших, что аустенит можно переохладить до комнатной температуры, если увеличить скорость охлаждения стального образца. В 1940 г. С. С. Штейнберг опубликовал большую обзорную статью, в которой были собраны результаты десятилетней работы его школы по вопросу изотермического и мартенситного превращений аустенита. Вместе с этим была дана критика работ известного французского исследователя Альберта Портевена.

Проблема изотермического и мартенситного превращений аустенита и проблема зернистости стали были главными и в научно-исследовательской работе проф. С. С. Штейнберга. Кроме этого, им был опубликован ряд статей по изучению трансформаторной стали, шарикоподшипниковой стали, несколько статей по термической обработке быстрорежущей стали и многие другие. Будучи профессором Уральского индустриального института, С. С. Штейнберг создал оригинальный курс металловедения, который был опубликован в 1931—1935 гг., а также создал одну из самых многочисленных и активных школ металловедения в нашей стране.

Механизм промежуточного превращения. Бейнитное (промежуточное) превращение переохлажденного аустенита сочетает в себе элементы перлитного и мартенситного превращений: диффузионное перераспределение углерода в аустените между продуктами его распада и мартенситное бездиффузионное превращение.

но показано спонтанное изменение формы при нагреве и охлаждении образцов, состаренных в стесненном состоянии в течение 1 ч при разных температурах в интервале 300—600 °С. Образцы из сплава Ti — 51 % (ат.) Ni, полученные методом холодной прокатки, имеют форму узких полосок (90x3x0,2 мм) (а). В результате быстрого охлаждения после отжига для снятия наклепа образцы однофазны, Ms = — 98 °С, при комнатной температуре у образцов наблюдается псевдоупругость превращения. Хотя образцы и подвергаются заневоливанию в медной трубке с внутренним диаметром 20 мм (рис. 2.37, б) для осуществления старения в стесненном состоянии, при извлечении из трубки образцы восстанавливают форму. В результате старения при 300 °С происходит спонтанное изменение формы от состояния, показанного на рис. 2.37, в, к состоянию, показанному на рис. 2.37, з. Можно считать, что наблюдается обратимое явление по сравнению с обычным однонаправленным эффектом памяти формы. Причины этого явления до настоящего времени неясны. В результате старения при 400 °С (рис. 2.37, и—о) и 500 °С (рис. 2.37, п—ф) кривизна образцов меняется на обратную. Особое внимание следует обратить на то, что большое спонтанное изменение формы происходит даже на стадии превращения исходной фазы в промежуточную фазу A'f—M'f. Температура начала промежуточного и мартенситного превращений обозначается соответственно M'S и Ms, а температура окончания M'f и Mf. При обратном превращении температуры начала и окончания превращения обозначаются соответственно

а следовательно, исчезают концентраторы напряжений, которые обеспечивают регулирование промежуточного и мартенситного превращений при охлаждении.

2) исследование перлитного, промежуточного и мартенситного превращений как при изотермической выдержке, так и при непрерывном охлаждении;

В диапазоне температур от мартенситного до перлитного превращения происходит промежуточное превращение и образуется структура, называемая бейнит. Промежуточное превращение сочетает черты диффузионного перлитного и бездиффузионного мартенситного превращений. Бейнит представляет собой структуру, состоящую из твердого раствора углерода в а-железе, менее пе-

Промежуточное превращение -протекает между температурными областями перлитного и мартенситного превращений (см. рис. 1). Это превращение называют также бейнитным и игольчато-трооститовым.

Таким образом, важнейшая особенность промежуточного превращения — наличие признаков механизмов превращения, характерных и для перлитного, и для мартенситного превращений. Это свидетельствует о близости механизма и кинетики промежуточного превращения к механизму и кинетике перлитного и мартенситного превращений.