Мартенситном превращении

В закаленных малоуглеродистых сталях почти нет остаточного аустенита (в сталях с С<0,6% содержание остаточного аустенита равно 2—3%), но высокоуглеродистые стали содержат его в большом количестве, зависящем от режима закалки, скорости охлаждения в мартенситном интервале. Поэтому количество аустенита в зависимости от содержания углерода изображено в виде полосы, расширяющейся с увеличением содержания углерода.

и поэтому сталь при закалке можно охлаждать в этом интервале температур медленно, но, конечно, не настолько, чтобы началось выпадение феррита или превращение аустенита в перлит. Интервал 650—400°С должен быть пройден быстро. В углеродистой стали ниже 400°С вновь начинается зона относительной устойчивости аустенита, охлаждение снова может быть медленным1. Наконец, в мартенситном интервале, начиная с 200—300°С, особенно желательно замедленное охлаждение, чтобы к значительным структурным напряжениям не прибавились термические напряжения, возникающие в результате быстрого охлаждения. Идеальная кривая охлаждения при закалке показана на рис. 234.

2. Прерывистая закалка, или закалка в двух средах (рис. 245, кривая 2). Деталь охлаждают сначала в быстро охлаждающей среде, а затем в медленно охлаждающей. Обычно первое охлаждение проводят в воде, а затем деталь переносят в масло, или охлаждают на воздухе. В мартенситном интервале сталь охлаждается медленно, что способствует уменьшению внутренних напряжений. Этот способ применяют при закалке инструмента из высокоуглеродистых сталей. Применяя этот способ, трудно установить и определить время пребывания деталей в первой жидкости, тем более что это время очень мало и исчисляется секундами. Этот способ требует от термиста достаточной квалификации.

Наиболее желательна высокая скорость охлаждения (выше критической скорости закалки) в интервале температур Лг -М,, для подавления распада переохлажденного аустенита в области перлитного и промежуточного превращения и замедленное охлаждение в интервале температур мартенситного превращения /VI,, —М„. Высокая скорость охлаждения в мартенситном интервале температур нежелательна, так как ведет к резкому увеличению уровня остаточных напряжений и даже к образованию трещин. Особенно опасны растягивающие напряжения, которые в условиях временного снижения сопротивления пластическим деформациям стали в период превращения могут вызвать трещины. В то же время слишком мед-лепное охлаждение в интервале температур Мн — Мп может привести к частичному отпуску мартенсита и увеличению количества остаточного аустенита вследствие его стабилизации, что снижает твердость стали.

Масло как закалочная среда имеет ряд преимуществ: небольшую скорость охлаждения в мартенситном интервале температур, что уменьшает возникновение закалочных дефектов, постоянство закаливающей способности в широком интервале температур среды (20--150 °С). Перепад температур между поверхностью и центром изделия при закалке в масле меньше, чем при охлаждении в воде. К недостаткам следует отнести повышенную воспламеняемость (температура вспышки 165—300 °С), недостаточную стабильность и низкую охлаждающую способность в области температур перлитного превращения, образование пригара на поверхности изделий, а также повышенную стоимость.

резких выступов, заостренных углов, резких переходов от толстых сечений к тонким и т. д.; закалка с возможно более низких температур для деталей, прокаливающихся полностью; медленное охлаждение в мартенситном интервале температур, достигаемое закалкой в двух средах и ступенчатой закалкой; изотермическая закалка и выполнение отпуска немедленно после закалки.

При поверхностной закалке с использованием индукционного нагрева можно получить твердость на HRC 3—6 ед. больше, чем при закалке после нагрева в печи. Это часто объясняется высокой скоростью охлаждения при поверхностной закалке в мартенситном интервале температур, исключающей возможность отпуска в процессе закалки.

Охлаждение погружением в масло является основным при закалке изделий из легированных сталей. Масло как закалочная среда имеет следующие преимущества: небольшую скорость охлаждения в мартенситном интервале температур, что уменьшает возникновение закалочных дефектов, и постоянство закаливающей способности. К недостаткам относятся повышенная воспламеняемость (температура вспышки 165...300 °С), низкая охлаждающая способность в области температур перлитного превращения, а также повышенная стоимость. Масла с пониженной вязкостью обладают более высокой охлаждающей способностью. Долговечность индустриальных масел (марки И-12Л, И-20А) при работе без защитной атмосферы составляет 400...1000 ч, в зависимости от массы закаленных изделий. В качестве охлаждающих сред применяются также машинное масло, трансформаторное, авиационное МС-20 и др.

- медленное охлаждение в мартенситном интервале температур (ступенчатая закалка изотермическая);

превращения требуется такая скорость охлаждения (критическая скорость закалки), при которой подавляется превращение в перлитной и промежуточной областях. Критическая скорость охлаждения зависит в основном от состава стали. Как правило, при термической обработке конструкционной стали требуется быстрое охлаждение в интервале температур 650—400°С, где аустенит менее всего устойчив и быстрее превращается в феррито-цементитную смесь. В мартенситном интервале 200—300°С охлаждение желательно более замедленное. Это безопаснее в отношении возникновения внутренних напряжений и закалочных трещин. Обеспечение надлежащей скорости охлаждения возможно с помощью использования различных закалочных сред и приемов закалки.

шими чем 300 град/сек, наблю- «^тельного зерна аустенита Scp стали 45 дается частичный распад (отпуск) мартенсита. Как показывает опыт, при закалке в мяг-козакаливающих средах (масло, эмульсия, неинтенсивный душ) скорость охлаждения в мартенситном интервале зависит не только

При аустенито-мартенситном превращении происходит только перестройка решетки без изменения концентрации реагирующих фаз. Превращение является бездиффузионным. Мартенсит в стали

специфические черты, которых нет в мартенситном превращении других сплавов. Мартенситное превращение в сталях необратимо, т. е., протекая в направлении Fev (C)-»-Fea (С), оно не происходит в обратном направлении по той же бездиффузионной кинетике1. Кроме того, кристалл мартенсита в стали, независимо от температуры, образуется за чрезвычайно ко-

Рис. 214. Вид рельефа при прямом (а) и обратном (б) мартенситном превращении.

Зависимость кинетики превращений от температуры весьма сложна. Кроме того, кинетика превращений определяется степенью однородности и величиной зерна аустенита, температурой нагрева, содержанием неметаллических включений и посторонних примесей, способом производства стали, раскислением и предварительной обработкой. Эти факторы оказывают существенное влияние на распад аустенита по типу I ступени; при промежуточном и мартенситном превращении их влияние уменьшается.

При изотермическом превращении в условиях средних температур происходит рост отдельных кристаллов в продольном и поперечном направлениях, однако скорости роста значительно ниже, чем при мартенситном превращении. Возникновение рельефа на полированной поверхности шлифа указывает на то, что а-фаза когерентно связана с аустенитом, а переход у-*-а происходит вследствие упорядоченного перераспределения атомов подобно мартенситному превращению.

Неполнота превращения связана с фазовым наклепом. Увеличение степени пластической деформации (как и при мартенситном превращении) ускоряет и повышает степень промежуточного превращения.

Для устранения деформаций используют свойство пластичности (вследствие резкого снижения предела текучести — Оо,2 при аустенито-мартенситном превращении).

Аллотропические превращения кристаллической решетки в твердом состоянии сопровождаются сигналами АЭ большой интенсивности при мартенситном превращении. Такое превращение происходит при охлаждении ниже точки перекристаллизации, в небольших объемах, путем небольшого перемещения атомов в решетке. Появляющаяся фаза имеет больший объем, чем исходная.

Рис. 84. Соответствие решеток при мартенситном превращении:

Эффект упрочнения при ТМО получается устойчивым благодаря «наследственности» наклепа и созданной дислокационной структуры. Наследственность дислокационной структуры при мартенситном превращении предполагает, что чем больше плотность дислокаций в исходном аусгените, тем выше плотность дислокаций в мартенсите [20]. Однако механизм наследственности еще не вполне ясен.

Необходимо принимать во внимание также общие факторы упрочнения при мартенситном превращении: