Мартенситное превращение в стали




Перлитное превращение

 

Перлитная область распространяется на интервал температур от точки А1 до температуры 550-500°С (рис.1.1). Перлитное превращение переохлажденного аустенита носит кристаллизационный характер. Превращение переохлаждённого аустенита в перлит, заключается в распаде аустенита на феррит и цементит и по своему механизму является диффузионным. Перед распадом углерод диффундирует внутри аустенита и скапливается в определённых местах на границе зерна аустенита с образованием зародышей цементита. В обогащённом таким образом углеродом аустените зарождаются новые и растут ранее возникшие пластинки цементита. В результате происходит колониальный рост кристалликов феррита и цементита, образующих перлитную колонию. Размер перлитных колоний и перлитных субколоний тем меньше, чем мельче зерно исходного аустенита и больше степень его переохлаждения. Перлит получается в результате распада аустенита при малых степенях переохлаждения в области температур от А1 до 650°С.

При распаде аустенита в интервале температур 650-600°С образуется более мелкая чем перлит, феррито-цементитная смесь – троостит. Таким образом, перлит, сорбит и троостит представляют собой феррито-цементитную смесь. Они различаются между собой размерами частиц цементита: в сорбите эти частицы мельче, а в троостите мельче, чем в сорбите (рис.1.1).

а) б) в)

Рис. 1.1 – Схема структуры продуктов перлитного превращения: а) - перлит, б) - сорбит, в) - троостит

Продукты перлитного превращения имеют пластинчатое строение. Чем больше переохлаждения, тем тоньше получающаяся феррито-цементитная структура, то есть величина межпластинчатого расстояния, равного усредненной суммы двух пластинок феррита и цементита соответственно выше и твердость. Однако надо учитывать, что разделение феррито-цементитной структуры на перлит, сорбит и тростит условно и между этими структурами нет четкой границы. Твердость и прочность стали с указными структурами прямо пропорционально площади поверхности раздела между ферритом цементитом.

Поэтому с увеличением степени дисперсности феррита цементитной структуры, т.е. понижением температуры его распада, твердость. Временное сопротивления, пределы текучести и выносливости возрастают. Относительное удлинение относительное сужение наивысшее у сорбита. При переходе к трооститу пластичность уменьшается.

 

Мартенситное превращение в стали

 

В околошовной зоне сварных соединений легированных сталей часто наблюдается структура мартенсит (твердый пересыщенный раствор внедрения C в α-Fe), который является также основной структурой закаленной стали. Характерной особенностью мартенсита является высокая твердость и прочность (63-65 НRС), наибольший удельный объем, склонность к хрупкому разрушению.

В основе механизма лежат два процесса: зарождение и рост мартенситных кристаллов. Эти два процесса протекают за очень короткое время (υ март.превращения = 10ˉ6С - время образования одного кристалла). Мартенситное превращение происходит только в том случае, если быстрым охлаждением аустенит переохлажден до низких температур, при которых диффузионные процессыстановятся невозможными. 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. Отдельные атомы смещаются относительно друг друга на расстояния, не превышающие межатомные, сохраняя взаимное соседство, однако величина абсолютного смещения растет пропорционально удалению от межфазной границы. В процессе превращения кристаллымартенсита сопряжены с аустенитом по определенным кристаллографическим плоскостям, и межфазная граница не образуется. При нарушении когерентности решеток упорядоченный переход атомов из аустенита в мартенсит становится невозможным, и рост кристалла мартенсита прекращается.

Кинетика мартенситного превращения. Мартенситное превращение в общем случае не удается подавить быстрым охлаждением. Превращение начинается сразу при температуреМн и протекает не в изотермических условиях, а в интервале температур. При переохлаждении до температуры, соответствующей точке Мк, аустенит начинает превращаться в мартенсит. Чтобы мартенситное превращение развивалось, необходимо непрерывно охлаждать сталь ниже температуры Мн. Если охлаждение прекратить, то мартенситное превращение практически также остановится. Количество образовавшегося мартенсита в зависимости от температуры, до которой охлажден образец, может быть выражено мартенситной кривой (рис.2.1). Чем ниже температура, тем больше образуется мартенсита.

Рис. 2.1 – Мартенситная кривая для низкоуглеродистой (а) и высокоуглеродистой (б) стали (Аост – остаточный аустенит)

 

При достижении определенной температуры превращение аустенита в мартенсит прекращается. Эта температура окончания мартенситного превращения обозначается Mк Положение точекМн и Мк не зависит от скорости охлаждения и обусловлено химическим составом аустенита. Чем больше в аустените углерода, тем ниже температура точекМн иМк.

Мартенситное превращение не протекает до конца, 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 точекМн и Мк, т. е. чем выше содержание в аустените углерода и легирующих элементов (за исключением Со и Аl).

По кинетике мартенситные превращения делятся на 3 типа:

1.Атермическое (массивное) характеризуется тем, что развивается плавно, непрерывно, монотонно.

2.Изотермическое (при постоянной температуре) протекает при изотермических условиях внутри температурного интервала Мн - Мк.

3.Взрывное превращение – характеризуется мгновенным образованием большой порции мартенсита.

Различают два типа мартенсита - пластинчатый и реечный.

В высокоуглеродистых сталях образуется пластинчатый мартенсит: кристаллы состоят в средней своей части из большого числа микро двойников, представляют собой широкие пластины, в плоскости шлифа имеют вид игл (рис.2.2,а).

а) б)

Рис. 2.2 – Схема микроструктуры пластинчатого (игольчатого) (а) и реечного (массивного) (б) мартенсита.

 

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

В конструкционных, углеродистых, легированных сталях кристаллы мартенсита имеют форму тонких реек - реечный мартенсит, вытянутых в одном направлении (рис.2.2,б), называемый также массивным мартенситом. Между кристаллами мартенсита сохраняются прослойки остаточного аустенита.

Свойства мартенсита. Характерной особенностью мартенсита является его высокая твердость и прочность. Твердость мартенсита возрастает с увеличением в нем содержания углерода, в стали с 0,6 - 0,7% С твердость мартенсита HRC 65 (HV 960), что во много раз больше твердости феррита. Присутствие углерода и других примесей в твердом растворе повышает электросопротивление и коэрцитивную силу мартенсита, понижает остаточную индукцию и магнитную проницаемость по сравнению с ферритом. Мартенсит по сравнению с другими структурными составляющими стали, и особенно с аустенитом, имеет наибольший удельный объем

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2018-01-08 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: