Мартенситне перетворення в легованих сталях

Мартенситне перетворення в легованих сталях і сплавах розвивається при більш великих ступенях переохолодження, чим перлітне і бейнитное перетворення. При мартенситному перетворенні цілком подавлені дифузійні переміщення як атомів легуючих елементів і заліза, так і атомів вуглецю. По своєму механізму мартенситне перетворення в сталях і сплавах є бездифузійним.

Мартенситне перетворення може протікати в легованих сталях з вуглецем, безвуглецевих легованих сталях, у бінарних сплавах залізо-легуючий елемент.

У результаті мартенситного перетворення утвориться пересичений твердий розчин на основі α-Fе:

- в сталях з вуглецем він пересичений останнім;

- у безвуглецевих - легуючими елементами.

Зміст вуглецю і легуючих елементів у мартенситі такий же, як і у вихідному аустеніті.

Нагадати! Мартенсит - пересичений твердий розчин з тетрагональними ґратами, співвідношення параметрів якої:

де р - масовий зміст вуглецю в сплаві;

 

γ - коефіцієнт пропорційності. Кінетика мартенситного перетворення в більшості легованих конструкційних і інструментальних сталей носить атермічний характер.

Типова крива атермічного мартенситного перетворення показана на фіг. 25.

Фіг.25. Крива мартенситного перетворення

Як правило, атермічне мартенситне перетворення відбувається в сталях, у яких крапка М_н лежить вище кімнатної температури.

У сталях з атермічним мартенситним перетворенням можливий ефект стабілізації аустеніту: якщо в мартенситному інтервалі зробити ізотермічну витримку, то після наступного охолодження загальна кількість мартенситу буде меншою, ніж при безперервному охолодженні. Зі збільшенням тривалості витримки це розходження зростає.

Утворення мартенситу після витримки починається при більш низькій температурі.

Явище стабілізації аустеніту може спостерігатися і при безперервному охолодженні, але з дуже малою швидкістю. Наприклад, у легованих сталях мартенситного класу, що гартуються на повітрі, кількість залишкового аустеніту значно більше, ніж після загартування цих сталей у воді або маслі.

У сплавах на основі Fе-Сг-Ni і Fе-Ni-Мn крапка М_н лежить нижче кімнатної температури. Якщо їх остудити в рідкому азоті до -І96°С, то мартенситне перетворення цілком придушується. Наступне нагрівання приводить до мартенситного перетворення, що носить ізотермічний характер. Ізотермічне мартенситне перетворення в цих сталях може проходити і при охолодженні з ізотермічними витримками (фіг.26). Цілком мартенситне перетворення в цих сталях ніколи не проходить.

 

 

Діаграма ізотермічного мартенситного перетворення має вигляд С-образних кривих, подібних до дифузійного розпаду.

Фіг.26. Діаграма ізотермічного мартенситного перетворення

У попередніх лекціях ми розглянули вплив легуючих елементів, зокрема Мп, на стабільність аустеніту при впливі деформації.

Мартенсит, що утворився при деформації в пружній області, називається мартенситом напруги, якщо відбувається пластична деформація, то мартенсит, що утворився, називають мартенситом деформації.

На відміну від них, мартенсит, що утворився зі стабільного аустеніту, називається мартенситом охолодження.

У більшості легованих конструкційних сталей при змісті вуглецю менш 0,6% утвориться пакетний мартенсит, що іноді називають рейковим або масивним.

Цей мартенсит складається з тонких рівнобіжних мартенситних пластин, що утворять пакет, що має приблизно однакові розміри в усіх напрямках.

У хромонікелевих, марганцевих, хромомарганцевих і інших легованих сталях може утворитися так називаний ε-мартенсит, що має вид пластин, паралельний площини {111} аустеніту.

Згідно Краусу і Мадеру, вид мартенситу залежить від системи легування в такий спосіб (цифри - зміст другого елемента):

 

Зміст вуглецю в мартенситі заевтектоідних і ледебуритних сталей нижче його загального змісту в сталі. Він залежить від змісту вуглецю в сталі і від наявності зміцнюючих фаз після гартування і відпустки.

Характерні концентрації вуглецю в мартенситі:

- висока (0,6-0,8%С після гартування і 0,4%С після відпустки) спостерігається в
нетеплостійких сталях з цементітним карбідом;

- знижена (0,2-0,5%С після гартування і 0,15-0,2%С після відпустки)
спостерігається в напівтеплостійких і теплостійких сталях;

- низька (< 0,05-0,1%С) спостерігається в сталях з інтерметалідним зміцненням.
Твердість мартенситу знижується зі зменшенням змісту в ньому вуглецю

(фіг.27).

Фіг.27. Залежність твердості мартенситу від змісту у ньому вуглецю

Твердість стали звичайно трохи більше, ніж твердість мартенситу через наявність зміцнюючих фаз. Після відпустки різниця в значеннях цих твердостей ще більше, тому що відбувається виділення спеціальних дисперсних карбідів і інтерметалідів.

Міцність і в'язкість мартенситу оцінити складно через додатковий вплив напруг у сталі, дисперсних часток і т.д. За інших рівних умов залежність міцності і в'язкості від змісту в мартенситі вуглецю можна представити як показано на фіг.28.

Фіг. 28. Залежність міцності і в'язкості мартенситу від змісту

у ньому вуглецю

 

Хром і нікель у кількості 2,5-3% і 5-15% відповідно підвищують в'язкість мартенситу.

Пластичність найбільша в нікелевому мартенситі. Цей мартенсит можна піддавати холодної пластичної деформації.

Теплостійкість мартенситу (опір розпадові при підвищенні температури) зростає при легуванні вольфрамом, молібденом і кобальтом. У легованому мартенситі високий зміст вуглецю зберігається до 500-600 С.