Превращение начинается

IV. Превращение мартенсита в перлит, точнее в феррито-карбидную смесь:

Замечательной и, можно сказать, удивительной особенностью этого аустенитного зерна является его нестабильность. При нагреве до более высокой температуры неожиданно зерно из- ^ мельчается (рис. 181). Факт этот обна- "" ружен был В. Д. Садовским в 40-х годах и впоследствии подробно им же с сотрудниками изучен. В. Д. Садовский считает, что превращение мартенсита в ау-стенит происходит по другому механизму, чем перлита в аустеннт, и сопровождается наклепом (так называемым фазовым наклепом), дальнейший нагрев и образование новых зерен — естественный процесс рекристаллизации аустеннтл.

10. Превращение мартенсита и остаточного аустенита при нагреве (отпуск стали)............................... 184

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

1 В ряд*' ('планов никеля и других цветных металлов обртмюо мартепгитно-аусдс-тгпюс- превращение обнаружено и является оспопои создания сплавов с памятью формы, в основе которых лежит образование термоупругого мартенсита.

4 Различают две основные разновидности кинетики образования мартенсита: атермическую и изотермическую. Изотермическое мартенситное превращение, происходящее в некоторых специальных сплавах (например, Fe—Ni—Mn, Fe—Cr—Ni и др.), протекает вяло Изотермическое образование мартенсита может быть описано изотермической диаграммой /—т,. Превращение начинается но истечении инкубационного периода и его длительность зависит от температуры. Положение млртенситнон гочкп при тотермическом превращении зависит от скорости охлаждении. Напряжении замедляю! изотермическое образование мартенсита. Ниже рассматривается только атермическое превращение, которое протекает в обычных промышленных стялях. Именно и УТИХ сталях изотермическое превращение мартенсита существенного значения не имеет.

10. Превращение мартенсита и остаточного аустенита мри нагреве (отпуск стали)

На рис. 197 показаны остаточные напряжения в поверхностном слое после закалки ТВЧ, отпуска и наклепа. Закалка (кривая 1) создает остаточные напряжения сжатия 73 кгс/мм2 на глубине до 0,8 мм. Отпуск при 100°С несколько снижает напряжения сжатия (кривая 2) в связи с превращением мартенсита закалки в мартенсит отпуска. С дальнейшим повышением температуры отпуска (постепенное превращение мартенсита отпуска в троостит) напряжения сжатия существенно уменьшаются (кривые 3, 4) и при 400°С (полное превращение мартенсита в троостит) практически исчезают (кривая 5).-Наклеп (кривые 6 — 8) создает в поверхностном слое напряжения сжатия ~80 кгс/мм2 почти независимо от вида предшествующей термообработки (при сопоставлении попарно кривых 3 — 7 и 4 - 8 отчетливо видно наложение напряжений сжатия, вызванных наклепом, на постепенно снижающиеся с повышением температуры отпуска закалочные напряжения).

ванных сталей. При условии W^>WM происходит полное мер-тенситное превращение, при Шб/5>оУМ1 — частичное мартенсит-ное в оставшейся части аустенита после других более высокотемпературных превращений. Превращение бездиффузионно и происходит при переохлаждении аустенита до температур, при которых диффузионные перемещения атомов железа практически прекращаются, а углерода существенно замедляются. Оно начинается и заканчивается при постоянных для сталей данного состава температурах Тк.нТи.к, не зависящих от скорости охлаждения. Превращение протекает по сдвиговому механизму. Мартенситные пластины образуются вдоль плотноупакованных октаэдрических плоскостей ГЦК решетки аустенита, которые наиболее близки по атомному строению к плоскостям с максимальной упаковкой в ОЦК решетке мартенсита. В результате кратчайших кооперативных атомных смешений (эквивалентных сдвиговой деформации) ГЦК решетки аустенита превращаются в объемно-центрированные тетрагональные решетки мартенсита. Превращение мартенсита не сопровождается выделением углерода из твердого раствора, который после превращения становится пересыщенным. Атомы углерода, расположенные в аустените в сравнительно свободных пустотах вдоль ребер ГЦК. решетки, оказываются на гранях ОЦК решетки. Они препятствуют сдвиговой деформации при превращении, в результате чего тетрагональная решетка мартенсита искажается. Чем выше содержание углерода, тем больше тетрагональность решетки. Твердость мартенсита определяется содержанием углерода в стали и практически не зависит от содержания легирующих элементов (13.23). Мартенситное превращение аустенита не бывает полным — в структуре всегда остается от 2 до 10% остаточного аустенита (Л0).

На рис. 197 показаны остаточные напряжения в поверхностном слое после закалки ТВЧ, отпуска и наклепа. Закалка (кривая 1) создает остаточные напряжения сжатия 73 кгс/мм2 на глубине до 0,8 мм. Отпуск пря 100°С несколько снижает напряжения сжатия (кривая 2) в связи с превращением мартенсита закалки в мартенсит отпуска. С дальнейшим повышением температуры отпуска (постепенное превращение мартенсита отпуска в троостит) напряжения сжатия существенно уменьшаются (кривые 3, 4) и при 400°С (полное превращение мартенсита в троостит) практически исчезают (кривая 5). Наклеп (кривые 6—8) создает в поверхностном слое напряжения сжатия ~80 кгс/мм2 почти независимо от вида предшествующей термообработки (при сопоставлении попарно кривых 3-7 и 4—8 отчетливо видно наложение напряжений сжатия, вызванных наклепом, на постепенно снижающиеся с повышением температуры отпуска закалочные напряжения).

-> Fea (С, Me) + Me^C; превращение мартенсита:

Начало перлито-аустенитного превращения сопровождается образованием первых зерен аустенита. Первые зерна аустенита образуются на границе между ферритом и цементитом — структурными составляющими перлита. Так как эта граница весьма разветвлена1, то превращение начинается с образования множества мелких зерен. Следовательно, по окончании превращения перлита в аустенит образуется большое количество малых аустенитных зерен. Размер этих зерен характеризует так называемую величину начального зерна аустенита.

Выше изгиба С-кривой, т. е. при малых переохлаждениях, превращение начинается из немногих центров, и кристаллы перлита растут до столкновения. Ниже изгиба С-кривой возника-

превращение начинается через некоторое время выделением из раствора феррита. Феррит выделяется в течение определенного времени, после чего начинается распад аустенита на перлит, который заканчивается на кривой, характеризующей конец превращения. Если быстро охладить аустенит до 550°С, то превращение начнется прямо с образования перлита. Превращение при 550°С протекает значительно скорее, чем при 650°С.

Согласно этой кривой при охлаждении превращение начинается в точке Ми. Эта температура определяет температуру начала превращения ау-стенита в мартенсит в данной стали2.

Ввиду высокого содержания легирующих элементов н низкого содержания углерода охлаждение при закалке можно осуществлять с любой скоростью без опасения образования не-мартенситных продуктов превращения аустенита. В наиболее распространенной по составу стали типа «стареющий мартенсит» с <0,03% С; 18% Ni; 10% Со; 5% Мо; 0,5% Ti; 0,1% Al мартенситное превращение начинается при 150—200°С и заканчивается практически полностью (<10% остаточного аустенита) при комнатной температуре. При содержании никеля более 18% мартенситное превращение заканчивается в области отрицательных температур, для этих сталей требуется обработка холодом, но, правда, свойства получаются более высокие (см. дальше).

Если в равновесии в системе с определенным числом компонентов находится максимальное число фаз, то число степеней свободы системы равно нулю (С = 0). Такое равновесие называют нонва-риантным. При нонвариантном равновесии сплав из данного числя фаз может существовать только в совершенно определенных условиях: при постоянной температуре и определенном составе всех находящихся в равновесии фаз. Это означает, что превращение начинается и заканчивается при одной постоянной температуре.

Кинетика мартенеитного превращения. Мартепснтное превращение обычно начинается сразу при температуре М„ : и протекает не в изотермических условиях, а при непрерывном охлаждении в интервале температур4. Чтобы мартенситное превращение развивалось, необходимо непрерывно охлаждать сталь ниже температуры Мн. Если охлаждение прекратить, то мартенситное превращение практически также останавливается. Эта особенность мартенситного превращения резко отличает его от перлитного, которое полностью протекает в изотермиче-

4 Различают две основные разновидности кинетики образования мартенсита: атермическую и изотермическую. Изотермическое мартенситное превращение, происходящее в некоторых специальных сплавах (например, Fe—Ni—Mn, Fe—Cr—Ni и др.), протекает вяло Изотермическое образование мартенсита может быть описано изотермической диаграммой /—т,. Превращение начинается но истечении инкубационного периода и его длительность зависит от температуры. Положение млртенситнон гочкп при тотермическом превращении зависит от скорости охлаждении. Напряжении замедляю! изотермическое образование мартенсита. Ниже рассматривается только атермическое превращение, которое протекает в обычных промышленных стялях. Именно и УТИХ сталях изотермическое превращение мартенсита существенного значения не имеет.

Кинетика промежуточных превращений аустенита отличается рядом особенностей. Изотермическое превращение начинается после инкубационного периода и может быть остановлено быстрым охлаж,

Например, если содержится более 0,8% С, мартенситное превращение начинается при охлаждении поверхностного слоя ниже 200е С. Причем перепад температур (поверхность — центр) существенно уменьшается, а температура центра падает настолько, что значительно возрастает сопротивление пластической деформации. В этом случае преобладает термическая деформация, а структурные напряжения незначительны.

Превращение начинается и заканчивается при достижении определенных фиксируемых температур 7*„ „ и Тм.к. При мартен-ситном превращении в отличие от диффузионных, Гм.„ и 7„.к не зависят от скорости охлаждения, поэтому они на диаграмме фазовых превращений выражаются горизонтальными прямыми (см. рис. 13.5). При этом превращение начинается сразу после достижения Г„.„,т. е. без инкубационного периода. После мартенситного превращения всегда остается некоторое количество исходной фазы, несмотря на охлаждение ниже Г„.к. При постоянной температуре в интервале Гмн—Гм.к происходит быстрое превращение определенной доли исходной фазы, после чего превращение прекращается. При снижении температуры образовавшиеся ранее участки мартенситной фазы обычно не растут, а образуются ее новые участки. Превращение начинается внезапно и происходит с очень большой скоростью, которая практически