Зародыши мартенсита

Вопрос о том, что представляют собой зародыши мартенсита, наиболее трудный во всей проблеме мартенситных превращений. Гипотеза гомогенного зарождения, связанного с флуктуационным образованием зародыша критического размера, большинством исследователей отвергается, так как из-за высокой энергии упругих искажений работа гомогенного образования критического зародыша столь велика, что вероятность его флуктуационного появления ничтожна.

Большинство гипотез предполагает гетерогенное зарождение мартенсита, привязывая центры превращения к особым субмикроучасткам в исходной фазе, причем в разных металлах и сплавах природа и строение таких участков зарождения могут быть разными.

Из рассмотрения исключаются границы и субграницы, так как эксперимент показывает, что они не являются местами предпочтительного образования мартенситных кристаллов.

Прямым доказательством гетерогенного зарождения считаются результаты опытов по исследованию мартенситного превращения в дисперсных частицах сплава Fe — 30,2% Ni. Около 1/20 общего числа частиц диаметром ~40 мкм и менее остались в аустенитном состоянии, не испытав мартенситного превращения, вплоть до — 196 °С, в то время как у обычного массивного образца Мн = — 20 °С. Это объясняется тем, что гомогенно мартенсит не зарождается, а вероятность нахождения участков гетерогенного зарождения в частице аустенита снижается с уменьшением ее размера.

Наиболее просто природа мест гетерогенного зарождения мартенсита трактуется в случаях, когда из фазы с г. ц. к. решеткой образуется мартенсит с гексагональной плотноупакованной (г. п.) решеткой. Дефекты упаковки в г. ц. к. фазе, возникшие, например, при расщеплении дислокаций, являются тонкими прослойками г. п. решетки и поэтому представляют собой как бы готовые двумерные зародыши гексагонального мартенсита. Такая ситуация имеется в случае превращения βг.ц.к. — αг.ц. в кобальте.

Известно, что в сталях и железомарганцевых сплавах с высоким содержанием марганца (более 10%), а также в нержавеющих хромоникелевых сталях образуется так называемый α-мартенсит, имеющий г. п. решетку, а из него может образоваться обычный α-мартенсит с объемноцентрированной кубической или тетрагональной решеткой.

Предполагается, что готовыми зародышами α-мартенсита являются дефекты упаковки в аустените. Механизм же перехода ε → α еще недостаточно изучен. Высказано предположение, не имеющее пока экспериментальных доказательств, что и в аустените углеродистых и других сталей сначала на дефектах упаковки зарождается гексагональный мартенсит, который является промежуточной фазой, превращающейся в обычный α-мартенсит.

Низкая энергия дефектов упаковки в аустените, т. е. сильное расщепление дислокаций, должно способствовать зарождению гексагонального мартенсита.

Другая гипотеза связывает зарождение мартенсита в углеродистой стали с существованием участков аустенита, обедненных углеродом. Такие участки флуктуационного происхождения, почти свободные от углерода, при температурах ниже Мн из-за большой разницы свободных энергий γ- и α-фаз могут претерпевать γ → α-перестройку.

Далее предполагается, что при температурах вблизи Мн центрами превращения являются только наиболее крупные участки, обедненные углеродом, а с понижением температуры центрами превращения становятся более мелкие обедненные углеродом участки, чем и объясняется необходимость непрерывного понижения температуры.

Наиболее активно развиваются гипотезы, связывающие зарождение мартенсита с существованием участков исходной фазы, отличающихся особым расположением дислокаций. Согласно одному из предположений, зародыш мартенсита образуется вследствие определенных дислокационных реакций или перегруппировки дислокаций в мартенситном интервале.

Согласно другому предположению, наиболее крупные участки исходной фазы с определенной группировкой дислокаций (эмбрионы), возникшие при более высоких температурах, становятся активными центрами превращения при более низких температурах (ниже Мн).

Считается также весьма вероятным, что процессу зарождения способствует поле высоких внутренних напряжений от определенным образом расположенных дислокаций:
оно как бы производит работу по созданию зародыша.

Прямых электронномикроскопических наблюдений мест гетерогенного зарождения мартенсита в исходной фазе пока нет. По некоторым оценкам, в 1 см3 аустенита находится порядка 107 таких участков.

«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…