2.6. Мартенситное превращение.

Это превращение происходит при закалке стали, и его результатом является образование структуры мартенсита закалки.

Мартенситом называют пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в Fe_α. Образование мартенсита имеет взрывообразный характер и происходит путем сдвига атомов железа в кристаллической решетке на расстояния меньше межатомных. Результатом сдвига является перестройка кристаллической решетки аустенита в кристаллическую решетку феррита.

При этом состав твердого растворане меняется, т.е. весь углерод, растворенный в аустените, остается в кристаллической решетке феррита. Это вызывает ее сильное искажение, и решетка становится тетрагональной (рис.18).

	>1 – степень тетрагональности О- атомы железа; - атомы углерода.
Рис.18. Тетрагональная решетка мартенсита.

Чем больше углерода растворено в кристаллической решетке мартенсита, тем выше степень тетрагональности.

Кристаллы мартенсита представляют собой тонкие (0,001-0,1мм) пластины, максимальный размер которых ограничен размером аустенитных зерен перед закалкой (рис.19). При мелком зерне аустенита в результате закалки образуется дисперсный мартенсит, придающий стали повышенные механические свойства (рис.19а).

2.6.1.Особенности мартенситного превращения.

Аустенит превращается в мартенсит, если скорость охлаждения стали не меньше, чем критическая скорость закалки (V_охл.V_кр.зак., °С/сек). Критическая скорость закалки – это минимально необходимая для данной стали скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит без образования при этом структур перлитного типа. Если соблюдается условие (V_охл.V_кр.зак.,), то диффузия атомов углерода и железа становится невозможной, и превращение происходитбездиффузионным путем (путем сдвига). Мартенситное превращение в сталях сопровождается увеличением объема, причем чем больше в стали углерода, тем большим будет увеличение объема.

Мартенситное превращение происходит в интервале температур М_Н (начало) и М_К(конец превращения). Значения этих температур не зависят от скорости охлаждения стали, а зависят от ее химического состава.

а)		б)
в)		г)
д)
Рис.19.	Различные типы мартенситной структуры (300). а – мартенсит дисперсный; б – мелкокристаллический; в – среднекристаллический; г – крупнокристаллический; д – грубокристаллический мартенсит и остаточный аустенит.

Чем больше в стали углерода или легирующих элементов, тем ниже значение М_Н и М_К.

Охлаждение в интервале М_Н - М_К,°С должно быть непрерывным для полного завершения мартенситного превращения. Если при охлаждении температура М_К не достигнута, часть аустенита сохраняется в структуре в виде остаточного.

2.6.2. Свойства мартенсита.

Свойства мартенсита зависят от количества содержащегося в стали углерода. При увеличении количества углерода твердость и прочность мартенсита возрастают. Это объясняется тем, что атомы углерода, внедренные в решетку Fe_α, блокируют перемещение дислокаций (см.п.2.2.) в мартенсите, причем, с увеличением степени тетрагональности решетки блокирующий эффект усиливается. Такой механизм упрочнения называют твердорастворным или мартенситным.

Вместе с тем закалка стали на мартенсит приводит к резкому снижению ее пластичности и вязкости, возрастает склонность стали к хрупкому разрушению. Основной причиной этого является малая подвижность дислокаций в мартенсите вследствие их блокирования атомами углерода. Наиболее вероятными очагами хрупкого разрушения являются концентраторы напряжений, в первую очередь – острые трещины, вероятность наличия которых в структуре стали весьма велика. Из-за ограниченной подвижности дислокаций релаксация напряжений у вершины такой трещины происходит не за счет микропластической деформации, а за счет хрупкого разрушения. Этим объясняется ограниченнаятрещиностойкостьмартенсита, его низкое сопротивление распространению трещины. В сталях с содержанием углерода более 0,5% микротрещины можно обнаружить сразу же после закалки, еще до приложения внешней нагрузки.

Из-за ограниченной трещиностойкости мартенсит закалки не может обеспечивать требуемый уровень конструкционной прочности стальных деталей машин. Поэтому сразу после закалки на мартенсит детали подвергают отпуску с целью повышения их конструкционной прочности.