В исходном (отожженном) состоянии сталь У10 имеет структуру зернистого перлита (Fea+Fe 3 C). При нагреве её до температуры 760-780°С получаем структуру аустенита и цементита первичного (Feg+Fe 3 C). Происходит перестройка кристаллической решётки железа - кубическая объёмноцентрированная решётка переходит в гранецентрированную.
- атом углерода. - атом железа.
 |
Рис.1 с
 | |||
 |
с
а
а
с/a > 1
О. Ц. К. (Fea) a=2,8 A° (с/а=1) Г. Ц. К. (Feg) a=3,6 A° О. Ц. К. тетрагональная
При переохлаждении аустенита Г. Ц. К. решётка становится неустойчивой. Несмотря на то, что скорость диффузии при низких температурах мала, происходит
обратное перестроение кристаллической решётки без выделения углерода (бездиффузионный процесс). То есть процесс, показанный на рис. 1 идёт в обратном направлении: Г. Ц. К. 
О. Ц. К. (большая степень тетрагональности).
При малых температурах скорость диффузии мала, следовательно превращение идёт очень быстро. Атом углерода не может выйти из кристаллической решётки и вытягивает её в объёмноцентрированную.
Feg(C) Fea(C) (Ау М)
Так как процесс бездиффузионный, концентрация углерода в мартенсите будет такая же, как и в аустените.
Процесс кинетикоматренситного превращения протекает не до конца. При фактическом окончании процесса ещё остаётся некоторое количество остаточного аустенита (А ост.). Остаточный аустенит снижает твёрдость стали[4].
Рис. 2
Аат Аост. На температуру начала и конца мартенситного превращения влияет состав стали, в частности содержание углерода.
Мн 20°С Мк
T,°C Рис. 3
C увеличением концентрации углерода температура начала мартенситного превращения понижается, а температура конца мартенситного превращения при концентрации углерода более 0,4 % переходит в Мн область отрицательных температур.
 |  |  |  |  |  |
0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 %C
Мк
Бездиффузионное мартенситное превращение.
Т,°С Рис. 4 Vкр. =(А1 - tm)/tm
A1 - 727°C
tm - температура у изгиба С-образной кривой tm - время
 |
Vкр. lg(t)
 |
Типичным в кинетикомартенситном превращении является следующее:
1. превращение происходит в интервале температур Мн - Мк.
2. превращение протекает путём образования всё новых и новых кристаллов мартенсита, а не роста ранее образовавшихся.
Рис. 5
Зерно аустенита:
1. 
до нагрева,
2. 
после нагрева.
 |
1.) А 2.) М + А
Игла мартенсита сжимает зёрна аустенита.
3.) превращение протекает при условии непрерывного снижения температур.
4.) превращение протекает не до конца. При фактическом завершении превращения ещё остаётся некоторое количество остаточного аустенита.
Тетрагональность мартенсита объясняется наличием в кристаллической решётке углерода, она прямопропорциональна содержанию углерода.
При выбранном режиме закалки (нагрев до 760°С с последующим ступенчатым охлаждением (160°С) в соляной ванне KOH+NaOH+H2O(3-5 %)) получаем структуру мартенсит закалки + аустенит остаточный + карбиды (М+Аост.+Fe3C), твёрдость изделия - (56) [5] - 62 HRc.
* Прим.: при данном режиме закалки значительно увеличивается твёрдость и прочность изделия в результате изменения структуры материала (стали У10), хотя остаточный аустенит твёрдость снижает.
Необходимо добавить так же, что при нагреве под закалку на 760°С и выше в изделиях из стали У10 появляются трещины при закалке в воде. Ступенчатая закалка значительно уберегает изделия от появления трещин. Это связано с тем, что более медленное охлаждение при ступенчатой закалке значительно расширяет безопасный интервал температур нагрева под закалку[6].
T, °C
840
810
780
750
HRc Рис. 6
65 60 55 80 70 60 50 40 30 20
Твёрдость, HRc Образцы с трещинами, %
Ещё один плюс в пользу ступенчатой закалки в водном растворе солей - это то, что при закалке в масле изделие не будет иметь необходимую твёрдость, а лишь только закалка в масле может ещё заменить ступенчатую закалку без потерь на качестве изделий и потерь на браке (образование трещин при закалке). Поэтому окончательно предлагается ступенчатая закалка в водном растворе солей с указанными выше параметрами.