тенситная точка Af которых лежит выше комнатнойтемпературы.

Разновидностью атермического мартенситного превращения является взрывное мартенситное превращение, при котором некоторое количество мартенсита образуется мгновенно при температуре Ма. Взрывное мартенситное превращение наблюдается в железоникелевых сплавах и сталях с мартенситной точкой ниже комнатной температуры.

В сталях с атермической кинетикой мартенситного превращения наблюдается явление стабилизации аустенита. Если при закалке стали сделать промежуточную выдержку в мартенситном интервале температур, то общее количество мартенсита будет меньше, а количество остаточного аустенита больше, чем в случае непрерывного охлаждения до точки Мк, при этом с увеличением продолжительности выдержки это различие будет расти. После изотермической выдержки в мартенситном интервале образование мартенсита при последующем охлаждении начинается не при этой температуре, а при более низкой, причем чем меньше температура промежуточной выдержки, тем ниже температура, начиная с которой вновь начинается образование мартенсита. Явление стабилизации аустенита может оказаться и при охлаждении стали с непрерывными, но разными скоростями. Так, в легированных сталях мартенситного класса, закаливаемых на воздухе, количество остаточного аустенита намного больше, чем в этих же сталях после закалки в масле или в воде. При этом вследствие того, что углерод является элементом, наиболее сильно понижающим мартенситные точки, в высокоуглеродистых сталях после замедленного охлаждения (например, при ступенча-. той закалке) содержание остаточного аустенита может превышать 20 %

В сплавах на основе Fe-Сг-Ni и Fe-Ni-Mn, имеющих мартенситную точку ниже комнатной температуры, мартенситное превращение может быть полностью подавлено быстрым охлаждением до температуры жидкого азота (-196 °С). Мартенситное превращение в таких сплавах идет при нагреве до более высоких температур и носит изотермический характер. Изотермическое мартенситное превращение в этих сплавах может протекать и при ступенчатом охлаждении с изотермическими остановками. Наиболее полно изотермическое мартенситное превращение исследовано в безуглеродистых сплавах железа

с 23 % Ni и 3-4 % Мп (Г. В. Курдюмов, О. П. Максимова).

На рис. 55 приведены С-образные диаграммы изотермического мартенситного превращения в таком сплаве. Эта диаграмма внешне подобна диаграмме изотермического превращения аустенита в перлитной области. Однако в от-

Теппература

Рис. 54. Мартенситная кривая прн атермнче-ском характере превращения

50 100 500

в рем я, с

Рнс. 55. Кривые изотермического мартенситного превращения в сплаве с 23,2 % Ni и 3.62 % Мп. Первые ощутимые следы мартенсита (0,2 % М)

личие от диффузионного перлитного превращения аустенита мартенситное превращение в изотермических условиях никогда не идет-до конца.

Хотя атермическая и изотермическая кинетика образования мартенсита внешне существенно различна, принципиальной разницы между ними нет. В некоторых сплавах наблюдается совмещение обеих кинетик мартенситного превращения, например взрывное атермическое образование мартенсита при определенной температуре и дополнительное образование некоторого количества мартенсита уже по изотермической кинетике при последующей выдержке.

Влияние различного рода воздействий на аустенит может в значительной степени влиять на кинетику мартенситного превращения. Деформация аустенита при температурах выше Мн может приводить к образованию мартенсита как в упругой, так и в пластической области. Мартенсит, образующийся при деформации в упругой области, называют мартенситом напряжения, а мартенсит, получающийся под действием пластической деформации,- мартенситом деформации. В отличие от них мартенсит, образующийся при охлаждении в мартенсит-

ном интервале температур, называется мартенситом охлаждения.

Верхней температурной границей образования мартенсита при пластической деформации является точка Мд, выше которой мартенсит не образуется при любых степенях деформации. Температура всегда лежит ниже точки

Температура

-200-160 -80-10 at, С о 1 1 3 Ч 5г,ч

Рис. 56. Влияние температуры на изменение свободной энергии аустенита и иартеисита

Рис. 57. Влияние пластической деформации на образование мартенсита прн непрерывном охлаждении (а) и в изотермических условиях (б):

п -сталь с 1,1% С и 2.7% Мп; б - сплав Х17Н9 (Г. В. Курдюмов, О. П. Максимова)

То, отвечающей равенству свободных энергий аустенита и мартенсита (рис. 56).

Аустенит, в котором при пластической деформации наблюдается 7->-а-переход, часто называют м е т а с т а-бильным (по отношению к пластической деформации) а у с т е н и т о м.

. При пласти11еской деформации легированных марганцевых, хромомарганцевых и хромоникелевых сталей может наблюдаться мартенситное превращение 7->-е->-а, при котором образуется промежуточный е-мартенсит с гексагональной плотноупакованной решеткой, который затем может переходить в а-мартенсит с о. ц. к. решеткой. Такое превращение наблюдается в тех случаях, когда сплавы имеют низкую энергию дефектов упаковки с сильным расщеплением дислокаций, которые являются зародышами образования е-фазы с гексагональной решеткой

Влияние пластической деформации аустенита на последующее мартенситное превращение ниже точки АГн зависит от степени деформации. Небольшая пластическая

деформация может инициировать мартенситное превращен ние, наоборот, большая степень деформации приводит к торможению мартенситного превращения как при непрерывном охлаждении, так и изотермическом.

На рис. 57 показано влияние большой пластической деформации (30 %) аустенита на образование мартенсита при охлаждении в стали с 1,1 % С и 2,7 % Мп, а также при изотермических выдержках в сплаве типа Х17Н9. 30%-ная пластическая деформация, хотя и вызвала образование мартенсита порядка 10 %, уменьшила общее количество мартенсита, полученное при непрерывном охлаждении, от 70 (без деформации) до 48 % (после деформации). Пластическая деформация на 8 % вызвала увеличение количества мартенсита, полученного в сплаве типа Х17Н& при изотермических выдержках, тогда как деформация на 17 % уже значительно подавляет изотермическое мартенситное превращение.

Сложное влияние пластической деформации аустенита на мартенситное превращение объясняется, с одной стороны, увеличением числа дефектов кристаллического строения и появлением локальных напряжений, способствующих мартенситному превращению, а с другой стороны, изменением структуры аустенита, затрудняющей когерентное образование и рост мартенситной фазы.,

Мартенситное превращение в значительной степени может быть подавлено при фазовом наклепе, возникающем при ач7-переходах в случае циклического нагрева и охлаждения.

Механизм мартенситного превращения заключается в закономерной скачкообразной перестройке граиецентрированной решетки аустенита в объемноцентрированиую решетку мартенсита. При этом перемещения соседних атомов не превышают межатомных расстояний. Между решетками аустенита и мартенсита существуют определенные ориентаци-онные соотношения.

Структура кристаллов мартенсита зависит от температуры мартенситного превращения, т. е. положения точки Лн. При низких температурах мартенситного превращения (высокоуглеродистые стали, легированные железоникелевые сплавы с содержанием никеля примерна 30 % и др.) образуется пластинчатый (игольчатый) мартенсит, имеющий форму пластины или линзы. Пластинчатые кристаллы мартенсита имеют двойникованное строение. В средней части такой линзы есть так называемый мидриб, представляющий собой область параллельных двойниковых прослоек. Однако полностью двойникованное строение пластинчатые кристаллы мартенсита имеют только при очень низких температурах образования (например, сплав 25Н32, Мв=-150°С). В большинстве случаев кристаллы пластинчатого мартенсита двойнико-ваны лишь частично в мидрибе, а в периферийных зонах не содержат двойников. Плотность дислокаций в периферийных зонах мартенситного

кристалла относительно невелика (10-10 , см-), она сравнима с плотностью дислокаций после пластической деформации на 15-30%.

Первичные кристаллы пластинчатого мартенсита растут в пределах исходного аустенитного зерна и, таким образом, длина их определяется размером аустенитных зерен. Вторичные кристаллы мартенсита растут в аустенитной зерне, разделенном первичными кристаллами на более мелкие участки.

В большинстве легированных конструкционных, а также углеродистых сталей при содержании менее 0,6 % С образуется пакетный

Рис. 58. Микроструктура мартенсита:

л - пластинчатый; б - пакетный; в - 8-мартенсит, сталь Г20

мартенсит, иногда называемый реечным или массивным. Пакетный мартенсит состоит из тонких параллельных мартенситных пластин, образующих пакет, имеющий приблизительно одинаковые линейные размеры по всем направлениям. Толщина пластин в пакете для углеродистых и никелевых сталей колеблется от 0,25 до 2,25 мкм. Соотношение размеров пластины составляет 1 : 7 : 30. Пластины в пакете разделяются малоугловыми границами.

Плотность дислокаций в пластине пакетного мартенсита весьма высока (10 -10*2, см-2). Пакетный мартенсит может быть частично двойниковая, однако в меньшей степени, чем пластинчатый (игольчатый)

мартенсит. Двойники в пакетном мартенсите образуются при более низких температурах мартенситного превращения, т. е. вблизи точки Мк.

В хромоиикелевых, марганцевых, хромомаргаицевых и других легированных сталях с низкой энергией дефектов упаковки формируется гексагональный е-мартеисит, имеющий вид пластин, параллельных плоскостям {111} .у ({011}g . В некоторых легированных сталях наблюдается смесь из 8- и а-мартенсита. Пример микроструктуры пластинчатого и пакетного мартенсита, а также е-мартенсита приведен на рис. 58.

По мнению некоторых ученых, в формировании пластинчатого мартенсита определяющую роль играет дополнительная (аккомодирующая) деформация двойникованием, а пластинчатого - скольжением. При понижении температура сопротивление скольжению растет в большей степени, чем сопротивление двойникованию, поэтому при низких температурах мартенситного превращения формируется двойиикованный мар-тенсит, а при более высоких - пакетный. В легированных сплавах па мере понижения мартенситной точки морфология мартенсита меняется от пластинчатого к пакетному.

Ниже по данным Крауса и Мадера показано влияние состава сплава на морфологию мартенсита (границы образования пакетного пластинчатого мартенсита), цифрами указано содержание второго компонента, %

Система . . . Пакетный М . Пластинчатый М

Fe-C >0,6 0,6-2,0

Fe-N >0,7 0,7-2,5

Fe -Ni

>29 29-34

Fe -Сг >10

Глава IX

ОТПУСК ЗАКАЛЕННОЙ СТАЛИ

Общие закономерности влияния легирующих элементов на процессы, происходящие при отпуске закаленной стали, а следовательно, и свойства такой стали после закалки и отпуска, имеют большое значение для практики термической обработки различных конструкционных и инструментальных сталей.

При отпуске закаленной стали протекают процессы распада мартенсита, образования цементита и специальных карбидов, их коагуляция, распад остаточного аустенита, возврат и рекристаллизация матрицы.

Рассмотрим влияние легирующих элементов на отдельные процессы, происходящие при отпуске закаленной стали.

1. Распад мартенсита

Распад мартенсита включает формирование сегрегации атомов углерода и легирующих элементов в твердом раст-