5.4. Мартенситное превращение аустенита.

При очень высоких степенях переохлаждения аустенита, т.е. при сравнительно более низких температурах выдержки аустенита, резко уменьшается диффузионная подвижность атомов, достигая практически нулевой отметки при . В таких условиях γ – железо аустенита, будучи не устойчивым, превращается в α – железо. Однако весь углерод растворённый в γ – железе, т.е. в аустените, при таких условиях не успевает покинуть γ –железо. В результате образовавшийся из γ – железа в α – железо оказывается перенасыщенным углеродом, поскольку вжелезе в равновесии 0,006 углерода по массе, а в γ – железе от 0,8-2,14%. Пересыщенный твёрдый раствор внедрения углерода в железе называетсямартенситом. Это не равновесная фаза, в отличии феррита. Феррит может содержать от 0,006-0,02% углерода, а в мартенсите углерода может столько, сколько было растворено в исходном аустените, т.е. в десятки раз больше. Избыточный углерод растворённый в α – железе искажает его кристаллическую структуру α – железа, она теряет свою кубичность и становится вытянутой – тетрагональной. В результате искажения кристаллической структуры в материале возникает избыточное внутренне напряжение, которые придают материалу с не равновесной структурой мартенсита высокую твёрдость и хрупкость. Мартенсит образуется из аустенита при температуре M_H, для этого сталь должна быть охлаждена выше критической, в противном случае мы попадём в третью зону перлитного превращения. При скорости охлаждения выше критической мы попадём в зону 5, минуя зону перлитного превращения. При температуре M_H начнётся превращение аустенита в мартенсит. При температуре M_K – это превращение завершатся. Особенностью мартенситного превращения является то, что оно должно идти только при непрерывном охлаждении. В случае остановки охлаждения происходит стабилизация не расплавившегося аустенита, который при дальнейшем охлаждении уже не распадается. Мартенситное превращение носит сдвиговый, без диффузионный характер, поэтому зёрна мартенсита всегда оказываются ориентированными по отношению к исходным зёрнам. Эти зёрна растут с очень большой скоростью – 1000 м/с, до пересечения с границами зёрен аустенита. Поскольку этот сдвиговый процесс идёт относительно в жёсткой матрице аустенита, то зёрна мартенсита обретают очень резкий игольчатый характер. Размер игл мартенсита зависит от размера исходного аустенитаA.

5.5. Превращения при отпуске закалённых сталей.

Отпуск заключается в нагреве закалённых сталей, обладающей не равновесной структурой. Целью отпуска является приведение структуры в более равновесное состояние. После закалки углеродистая сталь состоит из зёрен мартенсита. Мартенсит крайне не равновесная фаза, содержащая избыточное количество углерода, имеющая искажённую тетрагональную кристаллическую решётку. И в следствии этого избыточное внутреннее напряжение. При нагреве закалённых сталей ниже температуры фазовых превращений начинаются процессы приводящие к более стабильным, равновесным структурам. При нагреве до 200 ⁰C наблюдается частичный выход из мартенсита избыточного углерода. В результате искажения кристаллической структуры мартенсита, несколько уменьшается и снижается избыточное напряжение, такой мартенсит называется мартенситом отпуска. В результате образования мартенсита отпуска твёрдость закалённой стали уменьшается, а пластичность возрастает. При нагреве стали до 400 ⁰C избыточный углерод полностью покидает мартенсит и образуется цементит в результате формируется равновесная феррито-цементитная структура. По степени дисперсности – это троостит. Данный троостит называют трооститом отпуска. При повышении температуры нагрева до 600 ⁰C наблюдается объединение зёрен троостита (укрупнение) и в результат формируется структура сорбита с круглыми зёрнами. Такой зернистый сорбит в отличии от пластичного сорбита, называют сорбитом отпуска. Он придаёт материалу лучшие механические свойства.