Главная / Теория термической обработки металлов / Закалка / Закалка с полиморфным превращением / Переход от одного морфологического типа мартенсита к другому

Переход от одного морфологического типа мартенсита к другому

Два основных типа мартенсита различаются микро- и субструктурой, а также габитусной плоскостью. Вполне логично сделать вывод, что ведущую роль в образовании пластинчатого мартенсита, по крайней мере на первой стадии, играет дополнительная деформация двойникованием, а в образовании реечного мартенсита — дополнительная деформация скольжением.

Какой тип мартенсита формируется, зависит от соотношения в аустените критических касательных напряжений, вызывающих скольжение и двойникование. Если для начала скольжения требуется большее касательное напряжение, чем для начала двойникования, то образуется пластинчатый мартенсит, а в противоположном случае — реечный.

Основываясь на этом положении, легко объяснить многие закономерности перехода от одного типа мартенсита к другому и прежде всего влияние состава сплава на морфологию мартенсита.

Концентрационные границы образования реечного и пластинчатого мартенсита

Система Мартенсит
реечный, % (не более) пластинчатый, %
Fe — С 1,0 с 0,6 — 2,0 С
Fe — N 0,7 N 0,7 — 2,5 N
Fe — Ni 29 Ni 29 — 34 Ni
Fe — Cr 10 Cr
Fe — Mo 2 Mo
Fe — W 0,3W
Fe — V 0,5 V

С понижением температуры сопротивление скольжению быстро растет и, начиная с некоторой температуры, становится больше сопротивления двойникованию. Поэтому при более низких температурах мартенситного превращения вероятнее формирование пластинчатого мартенсита, а при более высоких — реечного.


Схема температурной зависимости критического напряжения

Схема температурной зависимости критического напряжения

Схема температурной зависимости критического напряжения (τкр)
скольжения и двойникования (Краус и Мадер).


Отсюда понятно, почему в сплавах систем Fe — С, Fe — N и Fe — Ni при малых содержаниях второго компонента образуется реечный, а при высоких — пластинчатый мартенсит. Этот переход логично связать с понижением температуры Мн (смотрите рисунок Зависимость температур). При большем содержании, например, углерода в относительно низкотемпературном мартенситном интервале сопротивление скольжению выше, чем двойникованию, и образуется пластинчатый мартенсит.

Переход от одного морфологического типа мартенсита к другому происходит в интервале составов. Понятно также, почему в реечном мартенсите часть кристаллов (реек) содержит двойниковые прослойки — это те кристаллы, которые образовались в нижней части мартенситного интервала, а так как они появились в последнюю очередь, то морфологический тип остался реечным.

В таких системах, как Fe — Cr, Fe — Мо, Fe — W и Fe — V, на диаграмме состояния которых γ-область замкнута, температура Мп при любых концентрациях легирующего элемента столь высока, что пластинчатый мартенсит вообще не образуется.

Упрочнение аустенита любыми путями, т. е. повышение критического напряжения, вызывающего скольжение, должно способствовать формированию пластинчатого мартенсита, в том числе и при неизменной температуре Мн. Углерод относится к числу наиболее сильных упрочнителей аустенита, и поэтому увеличение его содержания особенно эффективно содействует развитию двойникования при мартенситном превращении.

В заключение подчеркнем, что в целом строение металла или сплава, претерпевшего мартенситное превращение, отличается от строения того же материала после неупорядоченной перестройки решетки гораздо большим количеством несовершенств: более развитыми границами и субграницами, большей плотностью дислокаций и двойниковых прослоек.

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

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…

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…

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…