На схеме диаграммы изотермического превращения условно показана область мартенситного превращения (ниже МН). Мартенситное превращение интенсивно протекает при непрерывном охлаждении в интервале температур от МН до МК. Малейшая изотермическая выдержка в этом интервале температур приводит к стабилизации аустенита, т.е. превращение не доходит до конца, и кроме мартенсита в структуре наблюдается так называемый остаточный аустенит.
При охлаждении стали со скоростью, большей vкр, будет образовываться мартенсит (в честь немецкого ученого А. Мартенса, 1850-1914 г.г.).
Мартенсит – это пересыщенный твердый раствор углерода в a-железе. Углерод в свободном виде не выделяется, а внедряется в ОЦК-решетку a-железа, преобразуя ее в тетрагональную, характеризуемую показателем с / а >1. Чем больше содержание углерода, тем выше показатель с / а – степень тетрагональности.
при скорости охлаждения vохл ³ vкр → | ||
аустенит (ГЦК) | мартенсит (ОЦТ) |
ОЦТ – объёмно центрированная тетрагональная решетка
|
|
Превращение имеет как бы сдвиговой характер. Сдвиговой механизм превращения отличается закономерным кооперативным направленным смещением атомов в процессе перестройки решетки. Отдельные атомы смещаются друг относительно друга на расстояния, не превышающие межатомные, сохраняя взаимное соседство
Кристаллы мартенсита, имея пластинчатую форму, растут с огромной скоростью, равной скорости звука в стали (»5000 м/сек). Мартенситное превращение характеризуется ориентированностью (пластины либо параллельны, либо расположены под углом 600 или 120° одна к другой). Росту кристаллов мартенсита препятствует граница зерна аустенита или ранее образовавшаяся пластина мартенсита.
Превращение заканчивается при температуре МК. При этом в стали остается некоторое количество аустенита (Аост), которое, как и положение точек МН и МК, определяется химическим составом аустенита (чем больше в нем углерода и легирующих элементов, тем ниже температуры точек МН и МК).
Аустенит может оставаться в структуре также тогда, когда в углеродистой стали содержится больше 0,6 % С и охлаждение ведут только до 0°С.
Количество образовавшегося мартенсита можно представить так называемой мартенситной кривой.
Главные особенности мартенсита – высокая твердость и прочность. Причина его высокой прочности – большая плотность дефектов, возникающих при внедрении углерода в решетку a-железа. Мартенсит по сравнению с другими составляющими стали имеет наибольший удельный объем, поэтому при его образовании возникают напряжения.