Мартенситное превращение при пластической деформации аустенита

Влияние внешних факторов может существенно изменить кинетику мартенситного превращения. Таким внешним воздействием есть внешние напряжения.

Из этого графика очевидно что выше Т_о мартенситное превращение происходить не может не при каких условиях. При обычном охлаждении мартенситное превращение протекает:

ΔF = ΔF_об + ΔF_гр + ΔF_упр

Деформация выше точки М_Н вызывает мартенситное превращение в интервале между температурой М_н и некоторой температурой М_д, которая находиться где-то ниже точки Т_о, иногда очень близко от нее. Аналогично деформация мартенсита вызывает обратное мартенситное превращение в области температур ниже точки А_н вплоть до некоторой температуры А_д.

Мартенситное превращение выше М_н вызывается и упругой и пластической деформацией. Выше точки М_н термодинамический стимул превращения ΔG_об не может вызвать превращения. Энергия напряжений от приложенной нагрузки как бы добавляется к термодинамическому стимулу превращения ΔG_об, и мартенситное превращение становится возможным при меньших степенях переохлаждения по отношению к Т_о, т.е. при более высоких температурах. Упругая деформация может вызвать такие искажения решетки которые несколько компенсируются упругими искажениями возникшими при образовании новой фазы. Чем больше удалена температура от М_н (в сторону Т_о), тем меньше ΔG_об и соответственно больше должно бить напряжение упругой деформации, способное вызвать мартенситное превращение. С повышением температуры деформации достигается точка М_н^σ, при которой указанное напряжение становится равным пределу текучести. Выше температуры М_н^σ пластическая деформация обусловливает иной механизм стимулирования мартенситного превращения, а именно образование под действием деформации новых мест зарождения мартенсита, так как зародышами мартенсита могут бить определенные группировки растянутых дислокаций. Выше температуры М_д никакая пластическая деформация не может превратить аустенит в мартенсит при деформации.

В железных сплавах с относительно высокой энергией дефектов упаковки в аустените при пластической деформации мартенсит образуется по схеме γ→ά, а в сплавах с низкой энергией упаковки – по схеме γ→έ→ά .

Следует различать: 1) мартенсит охлаждения, образующийся без воздействия упругой или пластической деформации, только в результате понижения температуры ниже точки М_н; 2) мартенсит напряжения, образующийся под действием напряжений от приложенной нагрузки (упругой деформации); 3)мартенсит пластической деформации, сокращенно мартенсит деформации, образующийся в результате пластической деформации исходной фазы. Мартенсит напряжения зарождается в тех же местах исходной фазы, что и мартенсит охлаждения; напряжения лишь способствуют его зарождению в этих местах. Мартенсит деформации зарождается в участках, подготовленных пластической деформацией.

Свойства мартенсита

Мартенсит является наиболее прочной и твердой фазой. Для всех сплавов и металлов и металлов испытывающих мартенситное превращение работает следующий механизм упрочнения: упрочнение за счет фазового наклепа. В любом случае мартенсит имеет дефектную структуру – повышенная плотность двойников и дислокаций. Границы двойников и сплетения дислокаций служат барьером для скользящих дислокаций, т.е. упрочняют мартенсит. С ростом содержания углерода в мартенсите межатомные силы не только не усиливаются, а, наоборот, даже несколько ослабевают. Тем неменее, углерод повышает твердость мартенсита. Объясняется это тем что атомы углерода, внедренные в решетку железа, затрудняют скольжение дислокаций в мартенсите. В период закалки или при вылеживании стали после закалки атомы углерода в кристаллах мартенсита образуют атмосферы на дислокациях, закрепляя их. Способность стали к повышению прочности при закалке называется закаливаемостью. Закаливаемость характеризуется максимальной твердостью, которая может быть получена при закалке данной стали. Для сталей содержащих углерод закаливаемость определяется содержанием углерода, чем больше в стали углерода тем больше закаливаемость стали.

Пластичность в сплавах содержащих компоненты внедрения после проведения мартенситного превращения резко падает.

Основная причина резкого охрупчивания при закалке углеродистых сталей – малая подвижность дислокаций в мартенсите, содержащем углерод. Это вызвано, во-первых, повышенным сопротивлением решетки раствора внедрения скольжению дислокаций и, во-вторых, закреплением дислокаций атмосферами из атомов углерода. Из-за низкой подвижности дислокаций не происходит релаксации напряжений у вершины хрупкой трещины вследствие микропластической деформации, чем и объясняется низкое сопротивление мартенсита распространению трещины.

Мартенситно-стареющие стали, являются безуглеродистями сплавами железа с никелем, кобальтом, молибденом и титаном, после закалки на мартенсит отличаются высокими показателями пластичности.