Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Мартенситное превращение




Природа мартенсита. Мартенсит является упорядоченным пересыщенным твердым раствором внедрения углерода в α - железе. Если в равновесном состоянии растворимость углерода в α - железе при 20 °С не превышает 0,002 %, то его содержание в мартенсите может быть таким же, как в исходном аустените, т.е. может достигать 2,14 %.

Атомы углерода занимают октаэдрические поры в решетке α-железа (мартенсите) и сильно ее искажают. Мартенсит имеет тетрагональную решетку, в которой один период с больше другого – а. При увеличении содержания углерода высота тетрагональной призмы увеличивается, а размеры ее основания уменьшаются.

Отношение с/а = 1 + 0,046 С, где С – концентрация углерода в аустените (по массе).

Превращение носит бездиффузионный характер, т.е. оно не сопровождается диффузионным перераспределением атомов углерода и железа в решетке аустенита. Мартенситное превращение осуществляется путем сдвига и не сопровождается изменением состава твердого раствора.

Сдвиговый механизм превращения отличается закономерным кооперативным направленным смещением атомов в процессе перестройки решетки.

Отдельные атомы смещаются относительно друг друга на расстояния, не превышающие межатомные, сохраняя взаимное соседство. Это приводит к макроскопическому сдвигу, внешним проявлением которого является игольчатый микрорельеф на поверхности металлического шлифа (рис. 4.21, а). В процессе превращения кристаллы мартенсита сопряжены с аустенитом по определенным кристаллографическим плоскостям и межфазная граница не образуется. При мартенситном превращении происходит одновременный и направленный групповой сдвиг атомов в решетке аустенита.

Пока на границе мартенсита и аустенита существует сопряженность решеток (когерентность), скорость образования и роста кристаллов мартенсита очень велика ~ 103 м/с.

Диффузионный переход атомов из кристаллов аустенита в мартенсит при низких температурах невозможен. Дальнейшее превращение протекает в результате образования новых кристаллов мартенсита.

Рис. 4.21. Микроструктура мартенсита: а – мартенситный рельеф; б – высокоуглеродистый пластинчатый мартенсит и остаточный аустенит, ×500; в – низкоуглеродистый реечный мартенсит, ×2 700; г – мартенсит (реечный) стали, содержащей 0,45 % С, ×1 000.

Кинетика мартенситного превращения. Мартенситное превращение в общем случае не удается подавить быстрым охлаждением, как это может быть при диффузионных превращениях, протекающих по обычной кристаллизационной кинетике. Превращение начинается сразу при температуре Мн и происходит не в изотермических условиях, а в интервале температур. При переохлаждении до температуры, соответствующей точке Мн, аустенит начинает превращаться в мартенсит.

Чтобы мартенситное превращение развивалось, необходимо непрерывно охлаждать сталь ниже температуры Мн. Чем ниже температура, тем больше образуется мартенсита. Количество мартенсита при этом возрастает в результате образования все новых и новых кристаллов, а не вследствие роста уже возникших кристаллов, имеющих некогерентную границу. Температуру окончания мартенситного превращения обозначают Мк. Положение точек Мн и Мк не зависит от скорости охлаждения и обусловлено химическим составом аустенита. Чем больше в аустените углерода, тем ниже температура точек Мн и Мк (рис. 4.22). Все легирующие элементы, за исключением кобальта и алюминия, понижают точки Мн и Мк.

Мартенситное превращение очень чувствительно к напряжениям, а деформация аустенита может вызывать превращение даже при температурах выше Мн.

Кристаллы мартенсита в зависимости от состава стали, а следовательно, и от температуры своего образования могут иметь различные морфологию и субструктуру. Различают два типа мартенсита – пластинчатый и реечный.

Рис. 4.22. Температура мартенситных точек Мн и Мк при различном содержании углерода в сталях.

Пластинчатый мартенсит образуется в высокоуглеродистых сталях, характеризующихся низкой температурой мартенситной точки.

На рис. 4.21, б приведена микроструктура такого мартенсита. Его кристаллы представляют собой широкие пластины. В плоскости шлифа они имеют вид игл. Наиболее часто (конструкционные углеродистые и легированные стали) кристаллы мартенсита имеют форму тонких реек (реечный мартенсит), вытянутых в одном направлении (рис. 4.21, в, г). Чаще образуется и наблюдается пакет из реек.

Размеры кристаллов любой морфологии мартенсита определяются величиной исходного зерна аустенита. Они тем крупнее, чем больше зерно аустенита. Первая пластина мартенсита имеет протяженность, соответствующую поперечному размеру зерна аустенита. Кристаллы, образующиеся при более низких температурах, стеснены в своем развитии и имеют меньшие размеры.

Остаточный аустенит. Мартенситное превращение не протекает до конца при комнатной температуре, поэтому в закаленных сталях, имеющих точку Мк ниже 20 °С, а именно в углеродистых сталях, содержащих свыше 0,4–0,5 % С, присутствует остаточный аустенит. Его количество тем больше, чем ниже температура точек Мн и Мк, т.е. чем выше содержание в аустените углерода и легирующих элементов (за исключением Со и А1).

Стабилизация аустенита. Если задержать на некоторое время охлаждение при температуре, лежащей ниже температуры, соответствующей точке Мн, например 20°С, то аустенит, сохранившийся не превращенным при охлаждении до этой температуры, становится более устойчивым. Количество образующегося в итоге мартенсита оказывается меньше, чем при непрерывном охлаждении.

Характерной особенностью мартенсита является его высокая твердость и прочность. Твердость мартенсита возрастает с увеличением в нем содержания углерода (рис. 4.23); в стали с 0,6–0,7 % С твердость мартенсита 65 HRС, что во много раз больше твердости феррита.

Рис. 4.23. Твердость мартенсита в зависимости от содержания в нем углерода.

Временное сопротивление низкоуглеродистого мартенсита (0,025 % С) составляет ~ 1000 МПа, а при 0,6–0,8 % С достигает 2600–2700 МПа.. Однако с повышением в мартенсите содержания углерода возрастает склонность его к хрупкому разрушению. Мартенсит, содержащий свыше 0,35–0,4%С, обладает пониженным сопротивлением зарождению и развитию трещин, разрушается хрупко.

Мартенсит, по сравнению с другими структурными составляющими стали, и особенно с аустенитом, имеет наибольший удельный объем. Увеличение удельного объема при образовании мартенсита является одной из основных причин возникновения при закалке больших внутренних напряжений, вызывающих деформацию изделий или даже появление трещин.




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-20; Просмотров: 1241; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.013 сек.