Основы термической обработки - Крупицкий В.А.
Скачать (прямая ссылка):
44
Рис. 49. Микроструктура сорбита (х500)
Рис. 50. Микроструктура троостита (1) и мартенсита(2)(х500)
Образование мартенсита. При увеличении скорости охлаждения стали до 120° в секунду и более переохлажденный аустенит сохранится нераспавшимся до температур 300 - 200°. Дальнейшее охлаждение такого аустенита не приводит к образованию механической смеси феррита и цементита, так как этот процесс связан с диффузией углерода, а при таких сравнительно низких температурах условия для диффузии неблагоприятны. В аустените,
переохлажденном до указанных температур, происходит только превращение Fey в Fea, т. е. перегруппировка атомов и образование объемноцентрированного куба вместо гранецентрированного. Атомы углерода не успевают обособиться и образовать цементит, - они «застревают» в кристаллической решетке Fea между атомами железа. Структура, полученная в результате такого превращения переохлажденного аустенита, называется мартенситом. Мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в Fea. Пересыщенным он называется потому, что в кристаллической решетке Fea «насильственно» растворено значительное количество углерода, в то время как Fea способно при комнатной температуре растворить всего 0,006% углерода. Это обстоятельство вызывает искажение кристаллической решетки мартенсита: отношение сторон ее не равно единице, как у куба, а одна сторона несколько вытянута, т. е. отношение с:а > 1 (рис. 51). Это отношение тем
больше, чем больше в стали углерода. Такая искаженная кристаллическая решетка
называется тетрагональной.
Таким образом, мартенсит, так же как и аустенит, является твердым раствором, но их принципиальное различие состоит в том, что в аустените атомы расположены в виде гранецентрированного куба, а в мартенсите в виде несколько искаженного центрированного куба. Вследствие того что в мартенсите атомы углерода как бы заклинены между атомами железа, они вызывают большие внутренние напряжения. Поэтому мартенсит обладает большой твердостью (Hg = 600 - 650, а Ндс = 60) наряду со значительной хрупкостью. Твердость мартенсита зависит от содержания в нем углерода. Под микроскопом мартенсит наблюдается в виде штрихов и игл различных размеров (как прямолинейных, так и загзагообразных). Иногда эти иглы настолько тонки, что не выявляются травлением. Такой мартенсит называют бесструктурным. Микроструктура мартенсита представлена на рис. 52. Мартенсит является неустойчивой структурой. Углерод, насильственно «втиснутый» в кристаллическую решетку, стремится при первом удобном случае «покинуть» ее. Поэтому нагрев мартенсита и даже длительное пребывание при комнатной температуре вызывают
Q —Железо # — Углерод
Рис. 51. Кристаллическая решетка.
изменения в его структуре. Критические температуры, при которых происходит превращение аустенита в мартенсит, обозначают буквой М. Различают критическую температуру Мн, которая соответствует началу превращения аустенита в мартенсит, и температуру Мк, при которой это превращение заканчивается. Положение температур М и Мк зависит от химического состава стали и не зависит от скорости ее охлаждения. Влияние углерода на положение температур Мн и Мк показано на рис. 53. Как видно из представленной диаграммы, температуры Мн и Мк понижаются с увеличением содержания в стали углерода.
т
* 500 ?400
4.200 % 100 й о -100 -200
\ V .. ^
> ч \ . ... V
N1 —
О О/ 0,и 0,6 031,0 1,2 1,4 1,6 Содержание угмрода, в %
Рис. 53. Влияние углерода на положение температур Мн и Мк.
Рис. 52. Микроструктура мартенсита (х500)
Остаточный аустенит. Процесс превращения аустенита в мартенсит не протекает до конца. В быстроохлажденной стали наряду с мартенситом всегда имеется то или иное количество не превращенного аустенита. Такой аустенит называют остаточным. Наличие остаточного аустенита объясняется следующим. Переход аустенита в мартенсит сопровождается увеличением объема. Мартенсит занимает больший объем, чем аустенит, из которого он образовался. Поэтому когда в стали остается небольшое количество аустенита, он подвергается со стороны мартенсита всестороннему сжатию, ввиду чего превращение аустенита в мартенсит прекращается. Кроме того, наличие остаточного аустенита связано с положением точки Мк: чем ниже температура конца мартенситного превращения, тем больше будет в стали остаточного аустенита. Как видно из диаграммы, представленной на рис. 53, у высокоуглеродистых сталей температура Мк лежит значительно ниже комнатной. Это имеет место и у ряда специальных сталей. Такие стали при быстром охлаждении до комнатной температуры не достигают температуры конца мартенситного превращения и, следовательно, в их структуре остается сравнительно большое количество остаточного аустенита (до 30%). Быстро охлажденные малоуглеродистые стали содержат незначительное количество остаточного аустенита (2 - 4%). Наличие большого количества остаточного аустенита для большинства сталей нежелательно (хотя для отдельных групп инструментальной стали это является положительным фактором).
ИЗОТЕРМИЧЕСКОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ АУСТЕНИТА.
