Главная / Теория термической обработки металлов / Закалка / Закалка с полиморфным превращением / Влияние деформации исходной фазы на кинетику мартенситного превращения

Влияние деформации исходной фазы на кинетику мартенситного превращения

Пластическая деформация исходной фазы оказывает сложное влияние на мартенситное превращение. В Термодинамике мартенситных превращений отмечалось, что пластическая деформация при температурах выше точки Мн вызывает мартенситное превращение. Мартенсит, образующийся непосредственно во время деформирования исходной фазы, называют мартенситом деформации в отличие от мартенсита охлаждения, образующегося при понижении температуры.

Пластическая деформация приводит к образованию мартенсита при температурах выше точки Мн по двум причинам: во-первых, она может структурно подготовить участки исходной фазы для зарождения в них мартенсита и, во-вторых, она создает такие локальные поля упругих напряжений, которые облегчают образование кристаллов мартенсита.

Поле упругих напряжений, созданное в исходной фазе пластической деформацией, может частично компенсировать те упругие напряжения, которые неизбежно возникают при образовании зародыша мартенсита и с которыми связана свободная энергия ∆Fупр, препятствующая фазовому превращению.

Энергия приложенных напряжений как бы добавляется к термодинамическому стимулу превращения ∆Fоб и мартенситное превращение становится возможным при меньших степенях переохлаждения по отношению к Т0, т. е. при более высоких температурах. Чем ближе к T0 температура деформирования переохлажденной исходной фазы, тем меньше ∆Fоб (смотрите рисунок Зависимость свободных энергий) и тем больше должна быть степень деформации, вызывающей образование мартенсита. Выше некоторой температуры Мн, никакая пластическая деформация не способна вызвать мартенситное превращение во время деформации.

В железных сплавах с относительно высокой энергией дефектов упаковки в аустените мартенсит деформации образуется по схеме γ → α, а в сплавах с низкой энергией дефектов упаковки — по схеме γ → ε → α (об ε-мартенсите смотрите Механизм мартенситного превращения).

Пластическая деформация, не вызывающая образования мартенсита непосредственно в период деформирования, может повлиять на кинетику мартенситного превращения при последующем охлаждении. Влияние такой предварительной деформации двойственное. Она способна интенсифицировать последующее мартенситное превращение, повышая температуру его начала, увеличивая скорость превращения и уменьшая количество остаточной исходной фазы.

Но она же способна оказать и тормозящее влияние, снижая температуру начала превращения, замедляя его и увеличивая количество остаточной исходной фазы (механическая стабилизация). Результат зависит от степени деформации, температуры деформирования и свойств исходной фазы, т. е. состава сплава.


Зависимость начальной скорости изотермического мартенситного превращения

Зависимость начальной скорости изотермического мартенситного превращения

Зависимость начальной скорости изотермического мартенситного превращения от температуры в сплаве Fe — 17,2% Cr — 9,1 l% Ni после деформации ауcтенита при 100 °С с обжатием 8 и 17% (Л В. Курдюмов, О. П. Максимова, А. И. Никонорова).


Небольшая предварительная деформация обычно активирует мартенситное превращение при последующем охлаждении, а большая затрудняет его. Это объясняется тем, что малые деформации создают такие структурные нарушения в исходной фазе и такие локальные поля напряжений, которые делают энергетически выгодным зарождение мартенсита в соответствующих участках.

Большие же деформации создают такие сильные нарушения правильного строения исходной фазы (например, развитые субзеренные границы), которые затрудняют когерентный рост мартенситного зародыша на самых начальных его стадиях. Чем выше температура деформирования и ниже предел упругости исходной фазы, тем с меньших степеней деформации проявляется механическая стабилизация.

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

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…

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;…

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…