Термист Термомеханическое упрочнение арматурного проката технология, средства, разработка

Мартенситное превращение

Из учебника А.П.Гуляева "Металловедение"

Продолжение (<< См. начало <<   << См. предыдущую <<)

При рассмотрении развития мартенситного превращения при изменении температуры и во времени, т.е. кинетики мартенситного превращения, можно выделить два типа превращения: атермическое и изотермическое.

При атермическом мартенситном превращении количество мартенсита увеличивается при непрерывном охлаждении от М_н до М_к (см. рис. 199). Скорость превращения (образования мартенсита) не зависит от температуры, превращение нельзя предотвратить быстрым охлаждением. Остановка охлаждения в интервале М_н - М_к приводит к прекращению превращения и для его возобновления надо продолжить охлаждение. Атермическое мартенситное превращение (точнее атермическая кинетика превращения) характерно для большинства сталей и сплавов. В некоторых из них (Fe - Ni - C, Fe - Ni - Cu) в точке М_н (как правило значительно ниже комнатной температуры) может сразу образоваться большое количество мартенсита (до 50 % и более). Такое превращение называется взрывным. Атермическое мартенситное превращение, в особенности взрывное, сопровождается хорошо различимым звуковым эффектом - щелчками, вызванными освобождением упругой энергии при образовании мартенситных кристаллов. Как отмечалось выше, на положение мартенситных точек наибольшее влияние оказывает углерод (азот как элемент внедрения по своему влиянию аналогичен углероду). О влиянии легирующих элементов на мартенситное превращение будет сказано ниже (см. стр. 316). Как отмечалось выше, скорость охлаждения не влияет на положение мартенситной точки и тем не менее скорость охлаждения определенным образом влияет на кинетику мартенситного превращения. Изменяя скорость прохождения мартенситного интервала, можно влиять на конечные результаты мартенситной реакции (соотношение реечного и пластинчатого мартенсита, количество остаточного аустенита). В верхнем интервале температур мартенситного превращения, когда образуется реечный мартенсит, увеличение скорости охлаждения подавляет превращение. И, наоборот, в районе образования двойникового мартенсита быстрое охлаждение наводит напряжение и интенсифицирует превращение.

Если прервать процесс охлаждения в области мартенситного превращения, то наблюдается эффект стабилизации аустенита: для протекания дальнейшего превращения надо переохладить аустенит до определенной температуры, при этом количество образовавшегося мартенсита будет меньше, чем при непрерывном охлаждении (рис. 210). Стабилизация аустенита наблюдается только в сталях, поэтому для объяснения этого эффекта предполагают, что при остановке мартенситного превращения происходит образование кластеров (скоплений) атомов углерода на дислокациях в аустените, сдерживающее процесс мартенситного превращения. Кроме того, надо учесть влияние релаксации упругих напряжений вокруг образовавшихся ранее мартенситных кристаллов.

Рис. 210. Мартенситная кривая: а - при непрерывном охлаждении; б - при выдержке в интервале мартенситного превращения

Наиболее характерная структура мартенсита, образовавшегося в результате атермического мартенситного превращения («атермический» мартенсит) при низких температурах - полностью или частично двойникованные кристаллы, выстроенные в виде «ферм» (рис. 211), т.е. по принятой выше терминологии «атермический» мартенсит относится к пластинчатому типу. Если «атермический» мартенсит образуется при повышенных температурах М_н (например в низкоуглеродистых или конструкционных сталях) в его структуре двойникование выражено гораздо слабее и его можно отнести к реечному мартенситу.

Рис. 211. Атермический мартенсит: а - × 500; б - × 30 000

В ряде сплавов (типичный Fe - 24 % Ni - 3 % Mn) была обнаружена принципиально иная, отличная от атермической, кинетика мартенситного превращения: превращение идет при постоянной температуре, начинается после инкубационного периода, его скорость зависит от температуры, само превращение подобно перлитному и его можно описать С-образной кривой, быстрым охлаждением превращение можно предотвратить (подавить), а последующим отогревом вызвать (инициировать). Такое мартенситное превращение называется изотермическим (точнее - мартенситное превращение с изотермической кинетикой) (рис. 212).

Рис. 212. Изотермическое превращение аустенита в мартенсит (сплав Fe - 23 % Ni - 3 % Mn) при разных температурах (а) и диаграмма изотермического превращения (б) (цифры у кривых - степень превращения)

Мартенсит, образовавшийся в результате изотермического мартенситного превращения («изотермический» мартенсит) при низких температурах отличается по структуре от «атермического» мартенсита прежде всего тем, что кристаллы имеют значительно меньший размер и выстроены в виде рядов так, что каждый кристалл оказывается смещенным относительно друг друга на небольшое расстояние (рис. 213); часто кристаллы образуют тупоугольные соединения. В отличие от «атермического» мартенсита, где препятствиями для роста мартенситного кристалла являются границы зерен, двойников, другие кристаллы мартенсита, для продолжения роста кристаллов «изотермического» мартенсита эффективных препятствий не обнаруживается: они как бы вязнут в аустенитной матрице. Кристаллы изотермического мартенсита могут быть как полностью дислокационными, так и содержать двойниковый мидриб. При этом двойники в мидрибе кристалла «изотермического» мартенсита более толстые, чем в кристаллах «атермического» мартенсита и их толщина может изменяться в широких пределах (10 - 100 нм). Кристаллы «изотермического» мартенсита по принятой терминологии можно отнести к реечному мартенситу. По многим признакам структура «изотермического» мартенсита похожа на структуру кристаллов, образовавшихся под действием деформации.

Рис. 213. Изотермический мартенсит (сплав Fe - Ni - Mo) а - световая микроскопия, × 400; б - просвечивающая электронная микроскопия, × 30 000

В сталях и некоторых сплавах наблюдалось, когда изотермическое и атермическое мартенситные превращения как бы накладываются друг на друга (перекрываются температурные интервалы их образования), и в структуре наблюдаются кристаллы разного строения (или как принято называть - разной морфологии) образовавшиеся по разной кинетике превращения.

Удалось (И.Я. Георгиева) подобрать такой сплав (Fe - 24 % Ni - 5 % Mo), где два превращения, протекающие по различной кинетике, разделены температурным интервалом устойчивости аустенита и наблюдаются как бы две мартенситные точки (рис. 214). В интервале (-50 °С) ÷ (-150 °С) превращение может протекать в изотермических условиях (максимальная скорость превращения), а при -185 °С кинетика превращения чисто атермическая (в данном случае взрывная). Соответственно различаются продукты изотермического и атермического мартенситных превращений.

Рис. 214. Изотермическая (bc) и атермическая (ab и cd) кинетики мартенситного превращения в сплаве Fe - 24 % Ni - 5 % Mo

Кинетические варианты мартенситного превращения приведены на рис. 215. В первом случае (рис. 215, а) превращение начинается с атермического, а при более низких температурах протекает изотермически. Во втором случае (рис. 215, б) изотермическое и атермическое мартенситные превращения накладываются друг на друга и превращение в зависимости от скорости охлаждения может начинаться как с атермического (быстрое охлаждение), так и с изотермического (медленное охлаждение). В третьем случае (рис. 215, в) область изотермического превращения лежит выше температуры М_н. Если при этом М_н будет ниже -196 °С (например, в сплаве Fe - 24 % Ni - 5 % Mo), то аустенит способен к полному переохлаждению при резком охлаждении до -196 °С и к изотермическому превращению при выдержке при более высокой температуре. Для сплава Fe - 24 % Ni - 5 % Mo четко фиксируются оба превращения. При этом резкое охлаждение (скорость v₁) приводит к атермическому превращению, медленное (v₃) к изотермическому, а при промежуточной скорости охлаждения (v₂) последовательно протекают оба превращения.

Рис. 215. Схемы кинетических вариантов мартенситного превращения

На сплаве Fe - 24 % Ni - 5 % Mo удалось проследить, как влияют внешние воздействия на разные по кинетике виды мартенситных превращений. Установлено, что предварительная пластическая деформация аустенита, измельчение зерна и другие воздействия оказывают более сильное влияние (подавляют) на изотермическое мартенситное превращение, как бы сдвигая вправо С-образную кривую.

Отмеченные различия в атермической и изотермической кинетиках мартенситного превращения, а также в продуктах превращения, по-видимому, связаны с различным характером процесса зарождения мартенсита при этих превращениях. Некоторую роль может также играть изменение механизма релаксации внутренних напряжений, возникающих при превращении. Однако имеются и некоторые общие кинетические черты, которые определяются самой природой мартенситного бездиффузионного превращения. Это прежде всего огромная скорость роста отдельных мартенситных кристаллов даже при самых низких температурах, увеличение количества мартенсита не за счет роста ранее образовавшихся, а за счет образования новых кристаллов, автокаталитичность процесса (т. е. образование первых кристаллов мартенсита ведет к появлению новых, что является следствием увеличения упругих напряжений на границе образовавшегося мартенситного кристалла).

>> Читать дальше >>

Использована публикация:
Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для втузов. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1986. 544 с.
стр. 238 - 242.

К началу страницы

Web-сайт “Термист” (termist.com)
Термомеханическое упрочнение арматурного проката

Отсутствие ссылки на использованный материал является нарушением заповеди "Не укради"

Редактор сайта: Гунькин И.А. (termist.com@gmail.com)