Обратимость мартенситного превращения

Из схемы на рисунке Зависимость свободных энергий вытекает, что сплав, закаленный на мартенсит, при нагревании до температур выше Т0 может протерпеть обратное бездиффузионное мартенсито-аустенитное превращение, когда будет достигнута определенная степень перегрева и определенная движущая сила превращения ∆F. По аналогии с точкой Мн, температуру начала бездиффузионного образования аустенита обозначают через Ан.

Образование аустенита мартенситным путем возможно только в таких условиях, когда подавлено диффузионное перераспределение компонентов в исходном мартенсите. Для этого температура Т0 должна быть невысокой, а нагревание надо проводить ускоренно.

В углеродистых сталях обратное мартенситное превращение не было обнаружено, что можно объяснить высокой подвижностью атомов углерода в растворе внедрения: при нагревании диффузионный распад мартенсита (отпуск) проходит раньше, чем достигается температура Ан.

Обратное мартенситное превращение наблюдали в сплавах системы Fe — Ni (при высоком содержании никеля, когда точка Т0 достаточно низка), в медных сплавах (например, алюминиевых бронзах) и в титановых сплавах (Ti — Cr, Ti — Fe, Ti — Sn, Ti — Zr). В этих сплавах обратное мартенситное превращение имеет все главные признаки прямого.

Скорость нагревания мало влияет на точку Ан.
Превращение, начинаясь при одной температуре (Ан), заканчивается при более высокой температуре (Ак). Например, в сплаве Fe — 32,6% Ni температура Ан = 300 + 310 °С, а Ак = 400 + 410 °С. 

При обратном мартенситном превращении наблюдается рельеф на полированной поверхности образца, причем иногда он воспроизводит рельеф прямого превращения. Кристаллы при обратном превращении, как и при прямом, образуются чрезвычайно быстро.

Разница между температурами Ан и Мн (температурный гистеризис) может составлять как несколько градусов, так и сотни градусов. Большой гистерезис обусловлен высокой энергией упругой деформации матрицы (∆Fупр), препятствующей образованию в ней кристаллов новой фазы.


Зависимость температур начала мартенситного превращения

Зависимость температур начала мартенситного превращения

Зависимость температур начала мартенситного превращения при охлаждении (Мн), обратного мартенситного превращения при нагревании (Ан) и расчетной температуры равенства свободных энергий аустенита и мартенсита (Т0 = (Мн + Ан) / 2) от содержания никеля в системе Fe — Ni (по данным Кауфмана и Коэна): Мд — начало мартенситного превращения в деформированном аустените; пунктирные линии — границы α- и γ-областей на диаграмме стабильных равновесий.


Температурный гистерезис можно уменьшить, применив пластическую деформацию аустенита выше точки Мн (смотрите также Кинетика мартенстенитных превращений). Пластическая деформация вызывает мартенситное превращение между температурой Мн и некоторой температурой Мд (или Мd), которая находится где-то ниже точки Т0, иногда очень близко от нее. Выше температуры Мд и пластическая деформация не в состоянии вызвать мартенситное превращение.

Аналогично пластическая деформация мартенсита вызывает обратное мартенситное превращение в области температур ниже точки Ан вплоть до некоторой температуры Ад, которая на какую-то величину превышает температуру Т0 (смотрите соответствующие точки на рисунке Зависимость свободных энергий).

Сближая температуры начала прямого и обратного превращений, пластическая деформация позволяет экспериментально оценивать температуру метастабильного равновесия фаз одинакового состава. Если тепловой гистерезис все еще остается большим, то можно принять Т0 = ½ (Мд + Ад).

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

Охлаждение при закалке

Режим охлаждения при закалке должен прежде всего обеспечить необходимую глубину прокаливаемости. С другой стороны, режим охлаждения должен быть таким, чтобы не возникали сильные закалочные напряжения, приводящие к короблению изделия и образованию закалочных трещин. Закалочные напряжения складываются из термических и структурных напряжений. При закалке всегда возникает перепад температур по сечению изделия. Разная величина термического сжатия наружных…

Способы закалки

Так как нет такой закаливающей среды, которая давала бы быстрое охлаждение в интервале температур 650 — 400 °С и медленное охлаждение выше и главным образом ниже этого интервала, то применяют различные способы закалки, обеспечивающие необходимый режим охлаждения. Закалка через воду в масло Закалка через воду в масло (закалка в двух средах): 1 — нормальный режим;…

Закалка с обработкой холодом

Во многих сталях мартенситный интервал (Мн — Мк) простирается до отрицательных температур (смотрите рисунок Зависимость температур). В этом случае в закаленной стали содержится остаточный аустенит, который можно дополнительно превратить в мартенсит, охлаждая изделие до температур ниже комнатной. По существу такая обработка холодом (предложена в 1937 г. А. П. Гуляевым) продолжает закалочное охлаждение, прерванное при комнатной…

Поверхностный нагрев под закалку

Многие изделия должны иметь высокую поверхностную твердость, высокую прочность поверхностного слоя и вязкую сердцевину. Такое сочетание свойств на поверхности и внутри изделия достигается поверхностной закалкой. Для поверхностной закалки стального изделия необходимо нагреть выше точки Аc3 только поверхностный слой заданной толщины. Этот нагрев должен совершаться быстро и интенсивно, чтобы сердцевина вследствие теплопроводности также не прогрелась до…

Нагрев и охлаждение при закалке сталей

Сквозной нагрев под закалку Превращения в стали при нагревании описаны в Образовании аустенита при нагревании. Температуры нагрева под закалку углеродистых сталей можно выбрать по диаграмме состояния. Доэвтектоидные стали закаливают с температур, превышающих точку А3 на 30 — 50 °С. Наследственно мелкозернистая сталь допускает более высокий нагрев. При перегреве наследственно крупнозернистой стали закалка дает структуру крупноигольчатого…