Превращения в стали при нагреве

 

Для большинства видов термической обработки исходную перлитную структуру сталей нагревают до превращения в аустенитное состояние. Такое превращение происходит при нагреве за счет полиморфного превращения железа Fe_α→Fe_γ и диффузионных процессов, т. е. повышения растворимости углерода цементита в аустените. Первоначальные зародыши аустенита чаще образуются на границе раздела феррита и цементита. На рис. 2.3 приведена схема, иллюстрирующая превращение феррито-цементитной структуры в аустенит.

Исходная структура доэвтектоидной стали при нагреве ее до критической точки A_c1 состоит из перлита и феррита. В точке A_c1, соответствующей линии PS (см. рис. 1.24)начинается полиморфное превращение железа, т. е. происходит превращение перлита в мелкозернистый аустенит. При дальнейшем нагреве стали от точки A_c1 до A_c3 (линия GS диаграммы состояния Fe – Fe₃C) углерод цементита растворяется в аустените и при достижении Ас₃ превращение заканчивается. Выше точки А_с3 структура стали состоит только из аустенита.

­Рис. 2.3. диаграмма изотермического превращения перлита в аустенит эвтектоидной стали:– точки начала превращений со скоростями V _I и V ₂; b и b^Ib^II – точка конца превращений со скоростями V _I и V ₂ (V _I > V ₂)

 

При нагреве заэвтектоидной стали выше температуры Ac₁ в аустените начинает растворяться избыточный цементит. Выше точки А_ст (линия SE) структура состоит только из аустенита. Аустенит неоднороден по химическому составу. В тех местах, где был цементит, аустенит богаче углеродом, а где феррит — беднее. Поэтому при термической обработке для выравнивания химического состава зерен аустенита сталь нагревают немного выше верх­ней критической точки А_с3 и выдерживают при этой температуре.

При повышении температуры выше А_с3 мелкие зерна аустени­та начинают соединяться между собой и их размеры увеличива­ются. Величину зерен определяют сравнением микроструктуры стали при увеличении в 100 раз со стандартной шкалой, в которой зерна в зависимости от размера, имеют номера от 1 до 10 (рис. 2.4). От № 1 до № 4 зерна считаются крупными, а с № 5 — мелкими. Если размер зерна исследуемого образца выходит за пределы номеров зерен 1 — 10, то пользуются другими увеличениями.

2.3. Превращения в стали при охлаждении. Аустенит является устойчивым только при температуре выше 727 °С (точка A_r1). При охлаждении стали, предварительно нагретой до аустенитного состояния, ниже точки Ar₁ начинается его превращение.

Из диграммы состояния железоуглеродистых сплавов изве­стно, что при медленном охлаждении эвтектоидной углеродистой стали (0,8 % С) при температуре, соответствующей линии PSK, происходит превращение аустенита в перлит. В этом случае кристаллическая решетка Fe_γ перестраивается в Fe_α и выделяется цементит. Изучение процесса превращения аустенита в перлит проводится при постоянной температуре (в изотермических условиях) и при непрерывном охлаждении. Превращение аустенита при постоянной температуре изображается в виде диаграммы изотермического превращения (рис. 2.5).

По вертикальной оси диаграммы откладывается температура, а по горизонтальной — время. Для удобства построения обычно время откладывают по логарифмической шкале, так как время распада может колебаться в широких пределах — от долей секунды до десятков минут и даже часов. Для изучения изотермического превращения аустенита небольшие образцы стали нагревают до температур, соответствующих существованию стабильного аустенита, т. е. выше критической точки, а затем быстро охлаждают, например, до 700, 600, 500, 400, 300 °С и т. д. и выдерживают при этих температурах до полного распада аустенита. Изотермическое превращение аустенита эвтектоидной стали происходит в интервале температур A _{r 1} (727 °С) до М _н (250 °С), где M_н — температура начала мартенситного превращения.

На диаграмме нанесены две линии — С-образные кривые. Линия I указывает время начала превращения, линия II — время конца превращения переохлажденного аустенита. Период времени до начала превращения аустенита называют инкубационным (левее кривой I). По истечении этого периода аустенит начинает распадаться с образованием более стабильных структур.

Рис. 2.5. Диаграмма изотермического превращения аустенита стали, содержащей 0,8 % углерода

 

В зависимости от степени переохлаждения аустенита различают три температурные области или ступени превращения (см. рис. 2.5): перлитную, область промежуточного превращения (промежуточного между перлитным и мартенситным превращением) и мартенситную. Перлитная область в углеродистых сталях распространяется на интервал температур от 727 °С до изгиба изотермической диаграммы (~550 °С). При этих температурах происходит диффузионный распад аустенита с образованием структуры из феррита и цементита – перлита.

Промежуточное превращение протекает при температурах от изгиба кривой (~550 °С) до точки М_н. Это превращение обладает рядом особенностей, присущих как перлитному (диффузионному), так и мартенситному (бездиффузионному) превращению. В результате превращения переохлажденного аустенита образуется структура, получившая название бейнита.

При 700° С превращение аустенита начинается в точке а и заканчивается в точке b. При этом образуется перлит (рис. 2.6, а). При 650° С превращение аустенита происходит от a₁ до b₁. При этом образуется сорбит — тонкая (дисперсная) механическая смесь феррита и цементита (рис. 2.6, б).

Среднеуглеродистая сталь, в которой преобладает структура сорбита, имеет твер­дость 30…40 HRC и обладает высокой прочностью и пластичностью.

Устойчивость аустенита сильно зависит от степени переохлаждения. Наименьшей устойчивостью аустенит обладает при температурах, близких к 550° С. Для эвтектоидной стали время устойчивости аустенита при температурах 550—560 °С составляет около 1 с. По мере удаления от температуры 550 °С устойчивость аустенита возрастает. Время устойчивости при 700 °С составляет 10 с, а при 300 °С — около 1 мин

Рис. 2.6. Продукты распада аустенита: а –перлит; б – сорбит; в – тростит; г - мартенсит; д – бейнит нижний; бейнит верхний

 

При охлаждении стали до 550 °С (точки начала и конца распада a₂ и b₂) аустенит превращается в троостит — смесь феррита и цементита (рис. 2.6, в), которая отличается от перлита и сорбита высокой степенью дисперсности составляющих и обладает повышенной твердостью 40—45 HRC, прочностью и умеренной вязкостью и пластичностью.

Ниже температуры 550° С происходит образование структуры бейнита.

Бейнит — структура стали, состоящая из смеси пересыщенного углеродом феррита и карбидов (цементита).

Различают верхний бейнит, образующийся при 500—350 °С (перистого строения) (рис. 2.6, д), и нижний бейнит, образующийся при 350—250 °С (пластинчатого, игольчатого строения) (рис. 2.6, е). Верхний бейнит углеродистой стали имеет пониженную прочность и невысокие пластичность и вязкость, твердость 43—46 HRC. Нижний бейнит имеет более высокую проч­ность, пластичность и вязкость, твердость 52—55 HRC.

Если на диаграмму изотермического распада переохлажденного аустенита нанести кривые охлажденияV₁, V₂, V₃, V₄,V₅, V₆,V_кр, V₇,то можно проследить превращение аустенита при непрерывном охлаждении (рис. 2.7).

Критическая скорость закалки. При медленном охлаждении об­разца луч V ₁ пересечет кривые I и II в точках a₁ и b₁ при этом аустенит превращается в перлит. При большей скорости охлаждения луч V ₂пересечет кривые I и II в точках а ₂ и b ₂, и переохлажденный аусте­нит полностью превратится в сорбит. При еще больших скоростях охлаждения V ₃ из образуется новая структура — троостит.

По мере ускорения охлаждения лучи будут все круче (линии V₄ и V ₅) в стали протекает промежуточное превращение с образование в структуре нижнего или верхнего бейнита.

 

Рис. 2.7. Наложение кривых охлаждения на диаграмму изотермического распада аустенита

При скорости охлаждения V ₆ (луч не пересекает кривую II) превращение аустенита в феррито – цементитную смесь не успеет закончиться и в структуре стали появится мартенсит. При наибольших скоростях охлаждения, когда луч V _кр касается кривой I (начала распада аустенита) и пересекает горизонталь М_н, в стали образуется только мартенсит (см. рис. 2.6, г), т. е. пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе. При образовании мартенсита происходит перестройка гранецентрированной решетки аустенита в объемно-центрированную решетку α-железа. Избыточное количество углерода, находящееся в α-железе, искажает эту решетку и превращает ее в тетрагональную, в которой отношение параметров с/а не равно единице (рис. 2.8), как у куба. Степень тетрагональности тем выше, чем больше углерода в стали.

Скорость охлаждения, при которой в стали из аустенита образуется только мартенсит, называют критической скоростью закалки V _кр. При закалке стали ее охлаждают со скоростью больше критической (например, V₇).

Мартенситное превращение проте-кает при непрерывном охлаждении аустенита ниже точки Мн. По достижении определенной температуры превращение аустенита в мартенсит заканчивается. Температура, при которой заканчивается мартенситное превращение, обозначается М_к. Положение температур Mн и М_к опреде-ляется химическим составом стали.

Углерод и легирующие элементы, за исклю-чением кобальта и алюминия, понижают точки М_н и М_к.

Из всех структур мартенсит имеет самую высокую твердость наряду со значительной хрупкостью. Мартенсит имеет пластинчатое строение, но в плоскости микрошлифа пластинки имеют вид игл, поэтому часто мартенсит называют игольчатым.

У многих сталей температура М_к ниже комнатной, поэтому превращение аустенита не заканчивается, если сталь охлаждается только до комнатной температуры. Аустенит, который сохраняется в структуре стали при комнатной температуре наряду с мартенси­том, называют остаточным аустенитом.

Закаленные высоколегированные стали содержат остаточный аустенит в больших количествах, а низкоуглеродистые стали почти его не содержат.

 

Виды отжига и нормализация

 

Отжиг заключается в нагреве стали выше критических температур (точек Ас₁, или Ас₃,), выдержке при данной температуре и медленном охлаждении (обычно вместе с печью). В зависимости от требований, предъявляемых к свой­ствам стали, различают следующие виды отжига: диффузионный (го­могенизация), полный, неполный (для заэвтектоидных сталей называется сфероидизацией), изотермический, рекристаллизацтонный, низкотемператур-ный (низкий). Цель отжига — устранить внутренние напряжения, измельчить зерно, придать стали пластичность перед последующей обработкой и привести структуру в равновесное состояние. Диффузионный отжиг производится при температурах 1100... 1200 °С в течение 30...50 ч для устранения дендритной ликвации (рис. 2.9).

 

Рис. 2.9. Схема различных видов отжигов

Конструкционные стали подвергаются полному отжигу—нагреву до температуры на 30...50 °С выше точки Ас, с последующим медленным охлаждением, обеспечивающим превращение аустенита в ферритоцементитную смесь в области температур, близких к Ас ₁.

Инструментальные (заэвтектоидные) стали нагревают на 30...50 °С выше точки Ас₁,—неполный отжиг. Этот отжиг на зернистый перлит производится с целью снижения твердости для лучшей обрабатываемости ре­занием и подготовки структуры к закалке.

При изотермическом отжиге конструкционную сталь нагревают до температуры на 30...50 °С выше точки Ас₃, а инструментальную — выше Ас₁, на 50...100 °С, затем следует выдержка и медленное охлаждение в рас­плавленной соли до температуры несколько ниже точки Ас₁ (680… 700 °С). При этой температуре сталь подверга­ют изотермической выдержке, при которой происходит полное превращение аустенита в перлит, с последующим охлаждением на воздухе.

При холодной пластической деформации сталь упрочняется за счет наклепа (нагартовки). При этом происходят структурные изменения, образуются искажения кристаллической решетки. При необходимости для снятия наклепа производят ре-кристаллизационный отжиг, являющийся разновидностью низкого отжига.

А. А. Бочвар установил связь между температурой рекристалли­зации и температурой плавления, а именно:

t_р = а t_пл, где t_р —абсолютная температура рекристаллизации; t_пл — абсолютная температура плавления, а —коэффициент (для технически чистых металлов он составляет 0,3...0,4, а для сплавов—0,5...0,6).

Нормализацией стали называется нагрев доэвтектоидной стали выше точки Ас₃, эвтектоидной стали— выше точки Aс₁, заэвтектоидной стали — выше точки Ас_m на 30...50°С, выдержка и последующее охлаждение на воз­духе (см. рис. 2.9).

После нормализации углеродистые стали имеют ту же структуру, что и после отжига, но перлит будет более дис­персным (тоньше пластинки ферритоцементитной смеси).

Цель нормализации доэвтектоидных и эвтектоидных сталей та же, что и полного отжига. Однако после нормализации твердость и прочность стали будут выше, чем при отжиге. Нормализация применяется для устранения крупнозернистой структуры, выравнивания механических свойств. В заэвтектоидных сталях нормализация устраняет цементитную сетку.

Нормализация—более дешевый и простой вид термической обработки, чем отжиг.

После отжига углеродистая сталь (0,4 % С) имеет следующие механические свойства: σ_в=550 МПа; δ =20 %, ψ=52 %, а после нормализации σ_в=600 МПа; δ=22 %; ψ=40 %.

На машиностроительные заводы углеродистые стали поставляются после термообработки на невысокую твердость, для того чтобы обеспечить хорошую обрабатываемость резанием. Конструкционные стали поставляются в отожженном или нормализованном состоянии; инструментальные стали — после сфероидизирующего отжига.

 

Закалка и отпуск стали

 

После механической обработки изделие, как правило, подвергается упрочняющей термической обработке.

Наиболее распространенным видом упрочняющей термической обработки углеродистых сталей, содержащих углерода более 0,3 %, является закалка с последующим отпуском.

Закалка—процесс нагрева стали выше точки Ас₃ (полная закалка) или Ас₁, (неполная) на 30...50°С с последующим быстрым охлаждением. Цель закалки — получение высокой твердости и заданных физико-механических свойств. Способность стали принимать закалку возрастает с увеличением содержания в ней углерода. При содержании углерода менее 0,2 % сталь практически не закаливается.

На рис. 2.10 приведена диаграмма интервалов температур для закалки железоуглеродистых сталей.

Рис. 2.10. Диаграмма интервалов закалочных температур

Доэвтектоидные стали подвергают полной закалке. После охлаждения закаленной детали в воде при ком­натной температуре в структуре образуется мелкоигольчатый мартенсит и небольшое количество остаточного аустенита (1...2 %). Нагрев стали при закалке значительно выше критической точки Ас₃, (на 150...200 °С) приводит к ее перегреву. В результате получается крупноигольчатый мартенсит, и сталь приобретает пониженную ударную вязкость.

Нагрев доэвтектоидной стали выше точки Ас₁, но ниже точки Ас₃, приводит к неполной закалке. В структуре такой стали наряду с мартенситом присутствуют участки феррита. Эта сталь имеет понижен­ную твердость.

На рис 2.11 приведено схематическое изображение структурных превращений для доэвтектоидных сталей, имеющих место при полной закалке (а)— нагрев до температуры выше точки Ас₃, и неполной закалке (б)—нагрев до температуры выше точки Ас₁. На рис. 2.12 приведена схема структурных превраще­ний, происходящих при закалке заэвтектоидной стали. Если заэвтектоидную сталь нагреть выше точки Ас_m, то в структуре ее будет крупноигольчатый мартенсит с повышенным количеством остаточного аустенита, что приведет к снижению твердости стали. Поэтому все заэвтектоидные стали подвергают неполной закалке. Структура этих сталей состоит из мартен­сита и цементита.

Рис. 2.11. Структурные превращения в доэвтектоидной стали при закалке: а -полная; б - неполная закалка Рис. 2.12. Структурные превращения в заэвтектоидной стали при закалке: а —неполная закалка; б —полная закалка

Скорость нагрева и время выдержки деталей зависят от размеров, массы деталей, их конфигурации, химического состава материала деталей, от типа нагревательных печей и нагревательных сред.

При закалке в качестве охлаждающей среды чаще всего используют воду, иногда с добавками солей, щелочей. Для увеличения охлаждающей способности применяют также масла, расплавленные соли и металлы.

Для закалки существенное значение имеет скорость охлажде­ния в интервале температур, где аустенит менее всего устойчив (650...550°С). Этот интервал температур при закалке надо пройти быстро. Важное значение имеет скорость охлаждения и в интервале температур 300...200 °С, когда во многих сталях происходит образование мартенсита. В этом районе температур требуется медленное охлаждение, во избежание возникновения напряжений и закалочных трещин.

Существуют следующие способы закалки.

Закалка в одном охладителе заключается в том, что нагретую под закалку деталь погружают в закалочную среду (вода, масло и т. д.), в которой она находится до полного охлаждения. Применяют для несложных деталей из углеродистой и легированных сталей.

При закалке в двух средах (прерывистая закалка) деталь сначала погружают в быстроохлаждающую среду (воду), а затем быстро переносят в другую среду (масло, селитру или на воздух), где она охлаждается до комнатной температуры. Такую закалку применяют обычно для обработки инструмента из высоколеги­рованной стали.

При ступенчатой закалке нагретая деталь охлаждается в среде при температуре 230...250 °С (например, в горячем масле, расплавленной соли и др.), а затем после небольшой выдержки охлаждается на воздухе.

Изотермическая закалка производится так же, как и ступенчатая, но выдержка в закалочной среде более продолжительная. При такой выдержке происходит изотермический распад аустенита с образованием бейнита (высокодисперсная смесь феррита и карбида железа).

Закалка с обработкой холодом заключается в охлаждении закаленной стали, содержащей остаточный аустенит, до температур ниже 0 °С. Обычно эта температура около —70 °С. Обработка холо­дом производится немедленно после закалки, после чего весь остаточный аустенит переходит в мартенсит. Приме­няется для высокоуглеродистых сталей (углерода более 0,6 %) и специальных сталей (инструментальных, шари­коподшипниковых и др.).

К основным дефектам закалки относятся: недогрев, перегрев, пережог, обезуглероживание, коробление, трещины и др.

Если нагрев стали был ниже критической точки, то говорят о закалке с недогревом.

Этот дефект исправимый, для чего сталь подвергают отжигу, а затем прово­дят закалку в соответствии с технологическими рекомендациями.

Перегрев имеет место тогда, когда сталь нагревают до температуры, намного превышающей критическую. Перегрев также можно исправить отжигом с последующей закалкой.

Пережог стали может иметь место при значительном перегреве стали перед закалкой. При этом сталь становится очень хрупкой. Этот дефект неисправимый (брак).

Обезуглероживание и окисление поверхности происходит при нагреве в пламенных или электрических печах без контролируемых атмосфер. Чтобы избежать этих дефектов, надо нагрев вести в специальных печах с защитной (контролируемой) атмосферой, нейтральной по отношению к стали.

Закалка стали сопровождается увеличением ее объема, что приводит к значительным внутренним напряжениям, которые являются причиной образования трещин и коробления. Трещины являются неисправимым дефектом, а коробления можно устранить последующей рихтовкой или правкой. По указанным выше причинам закаленные изделия и инструмент подвергают отпуску.

Отпуском называют нагрев стали до температуры ниже точки Ас, с выдержкой при данной температуре и последующим охлаждением с заданной скоростью (обычно охлаждают на воздухе). Цель отпуска—уменьшение закалочных напряжений, снижение твердости и получение необходимых механических свойств. Основное пре­вращение при отпуске—распад мартенсита, т. е. выде­ление углерода из пересыщенного твердого раствора в виде мельчайших кристалликов карбида железа.

Распад мартенсита завершается при температуре около 400 °С, образовавшуюся феррито-цементитную высокодисперсную механическую смесь называют трооститом отпуска. При более высокой температуре нагрева происходит коагуляция кристаллов карбида железа, дисперс­ность ферритоцементитной смеси снижается и при темпе­ратуре 500...650 °С образуется сорбит отпуска. Помимо описанных превращений в интервале температур 200....300 °С происходит распад остаточного аустенита с об­разованием отпущенного мартенсита.

В зависимости от температуры нагрева различают три вида отпуска.

Низкий отпуск производится при 120...150 °С (отпуск на отпущенный мартенсит). Его применяют после закалки инструментов, цементованных и цианированных изделий, а также после поверхностной закалки. При низком отпуске уменьшаются остаточные закалочные напряжения, твердость практически не снижается.

Средний отпуск (отпуск на троостит) происхо­дит при нагреве до температур 350...450 °С. При этом снижается твердость. Средний отпуск рекомендуется для пружин и рессор.

Высокий отпуск (отпуск на сорбит) производится при температуре 500...650 °С. Применяют его в машиностроении для изделий из конструкционной стали с целью обеспечения достаточной прочности, вязкости и пластич­ности. Сочетание закалки с высоким отпуском на сорбит называется улучшением. Эту операцию применяют для среднеуглеродистых сталей (0,35...0,6 %С).

После закалки (при охлаждении в воде) углеродистой стали (0,4 % С) и отпуске при 300 °С: σ_в=1300 МПа, δ=12 %, Ψ =35, %, а при отпуске с 600 °С - σ_в = 620 МПа, δ = 22 %, φ = 55 %.

Для повышения твердости, предела выносливости и износостойкости детали машин подвергают поверхностному упрочнению. Обычно для этих целей применяют поверхностную закалку—газопламенную закалку, закалку с индукционным нагревом токами высокой частоты и другие виды поверхностного упрочнения. При таком виде обработки сердцевина изделия остается вязкой и воспринимает ударные нагрузки.

Нагрев поверхности детали производится до температуры выше точки Ас, с последующим быстрым охлаждением.

Газопламенная закалка заключается в нагреве поверхности стальных изделий ацетиленокислородным пламенем, температура которого составляет 2400...3150 °С; при этом поверхность изделия быстро нагревается до температуры закалки, а сердцевина не успевает нагреться. Быстрое охлаждение обеспечивает закалку поверх­ностного слоя. Толщина закаленного слоя 2...4 мм, твердость достигает 50...56 НRС. Газопламенную обработку применяют в мелкосерийном и единичном производстве. Недостатком этого способа является неравномерность нагрева с поверхности вглубь деталей и как следствие - структурная неоднородность. Последняя состоит как бы из трех слоев: первый слой нагрет выше точки Ас, и после закалки его структура— мартенсит, второй слой нагрет ниже точки Ас, но выше Ас, получается структура неполной закалки (мартенсит с ферритом), наконец, третий слой нагрет ниже точки Ас,, в нем сохраняется исходная структура.

Индукционный нагрев токами высокой частоты (ТВЧ) наиболее распространенный производительный и прогрессивный метод поверхностного упрочнения. Преимуществом его является возможность автоматизации процесса, отсутствие выгорания углерода и других эле­ментов, а также окисления поверхности изделия. Сущность способа состоит в том, что под действием электродвижущей силы (ЭДС) в металле возникают электрические вихревые токи (токи Фуко), которые нагревают металл до нужной температуры.

Твердость поверхностного слоя при нагреве ТВЧ несколько выше, чем твердость, получаемая при обычной закалке. Закалку с использованием ТВЧ применяют для сталей с содержанием углерода более 0,4 %, чтобы получить заданную твердость. В последнее время также применяется поверхностная обработка с использованием нагрева лазером.

Под закаливаемостью понимают способность стали приобретать высокую твердость после закалки. Закаливаемость зависит от содержания углерода в стали: чем больше углерода, тем выше твердость.

Прокаливаемость — способность стали закаливаться на определенную глубину. Прокаливаемость зависит от химического состава стали, размеров детали и условий охлаждения. Чем больше устойчивость переохлажденного аустенита, тем больше прокаливаемость. Характеристикой прокаливаемости является критический диаметр, т. е. максимальный диаметр цилиндрического прутка, который прокаливается полностью в охлаждающей среде. Так, например, для углеродистых сталей при закалке в воде критический диаметр составляет 10...20 мм. Легированные стали при закалке в масле в зависимости от степени легирования могут прокаливаться в сечении до 250...300 мм.

Мартенситное превращение Структурные исследования показывают, что при резком охлаждении сталей из аустенитного состояния до 240 °С подвижность атомов углерода близка к нулю, что приводит к бездиффузионному превращению аустенита. Это превращение приводит лишь к изменению типа решетки γ→ α (полиморфное превращение), а весь углерод ранее растворенный в решетке аустенита, остается в решетке феррита. Напомним, что предельная равновесная концентрация углерода в решетке феррита составляет 0, 006 % при комнатной температуре. Отсюда следует, что в результате быстрого охлаждения аустенита образуется пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в α -железе, которое называется мартенситом. Из-за пересыщенности углеродом решетка исходного аустенита сильно искажается и вместо г ц к решетки образуется тетрагональная (удлиненная) форма решетки (см. рис. 2.8), когда с › а. Такое искажение (деформация) решетки приводит к повышению плотности дислокации в мартенсите (10¹⁰…10¹² см^‾2) до уровня плотности этих дефектов в холоднодеформированной стали. Это обстоятельство наряду с высоким содержанием углерода вызывает высокую твердость мартенсита до 65 HRC и одновременно хрупкость из-за больших и внутренних напряжений. Следует заметить, что несмотря на практически мгновенную скорость γ→ α скорость перехода (≈ 1000 м/с) атомы смещаются упорядоченно с сохранением общей сопрягающей плоскости решеток γ- и α- Fe, то есть наблюдается когерентная связь. Это означает, что решетка мартенсита закономерно ориентирована относительно исходной решетки аустенита. Однако, наличие такой когерентной связи и различие удельных объемов фаз приводят к возникновению больших внутренних напряжений.

Мартенситное превращение наблюдается в интервале температур и для эвтектоидной стали такой интервал составляет 240…-50 °С (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Влияние содержания углерода в стали на температуру начала М и и конца М к мартенситного превращения

При таком интервале превращения одновременно с мартенситом в структуре наблюдается и остаточный (непревращенный) аустенит. Охлаждение ниже температуры М_к (-50 °С) не приводят к его окончательному распаду, поскольку положение точек М _к и М _н зависит только от содержания углерода, а скорость охлаждения на них не влияет (см. рис. 2.13).

Кристаллы мартенсита в зависимости от состава сплава, а следовательно, в зависимости от температуры своего образования, могут иметь различную морфологию и субструктуру. Различают два вида мартенсита: пластинчатый (игольчатый) (рис. 2.14, а) и пакетный (реечный) (рис. 2.14, б). Структура пластинчатого мартенсита имеет большое число микродвойников, кристаллы такого мартенсита похожи на широкие пластины, а в плоскости – иглы.

Рис. 2.14. Схема образования пластинчатого (игольчатого) (а) и п а к е т н о г о (реечного) (б) мартенсита

Пакетный мартенсит характерен для низко- и среднеугле-родистых, а также легированных конструкционных сталей. Крис-таллы пакетного мартенсита имеют форму реек, вытянутых в одном направлении (см. рис. 2.14, б). Тонкая структура представляет собой запутанные дислокации высокой плотности при полном отсутствии двойников. Внутри мартенситных пакетов наблюдаются прослойки аустенита (см. рис. 2.14, б).