Файл: 1 Структурные превращения в сталях при термической.pdf

12 а б Рисунок 12.7 – Структура мартенсита (аи микрорельеф на поверхности шлифа той же стали (б) Мартенситное превращение в сталях необратимо, те. протекая в направлении А → М, оно не происходит в обратном направлении по той же бездиффузионной кинетике. Кристалл мартенсита встали, независимо от температуры, образуется за чрезвычайно короткий отрезок времени. Исследования показывают, что превращение состоит в практически мгновенном образовании порции мартенситных пластин (каждая пластина образуется за отрезок времени около с, а вся порция пластин, состоящая из сотен и тысяч кристаллов за 1·10
-3 с, после чего оно останавливается. При дальнейшем охлаждении превращение возобновляется за счет образования новых порций кристаллов мартенсита. Превращение может продолжаться только при непрерывном охлаждении от Мн до М
к
(см. рисунок 12.5). Причем температура начала превращения Мн не зависит от скорости охлаждения. Температурный интервал мартенситного превращения определяется химическим составом

13 стали (рисунок 12.8) – при увеличении содержания встали углерода температуры Мни М
к снижаются. Рисунок 12.8 – Зависимость температурного интервала мартенситного превращения в сталях от содержания углерода Мартенситное превращение не заканчивается полностью, те. не вся структура превращается в мартенсит, всегда присутствует некоторое количество остаточного аустенита. В закаленных малоуглеродистых сталях содержание остаточного аустенита равно
2…3%, в высокоуглеродистых сталях с содержанием углерода 0,6…1,0 % - не превышает 10%, а в сталях, содержащих 1,3…1,5% углерода, оно достигает
30…50%. Характерной особенностью мартенсита является его высокая твердость и прочность. Твердость мартенсита возрастает с увеличением в нем содержания углерода (рисунок 12.9). Встали с содержанием углерода
0,6…0,7% твердость мартенсита составляет HRC 65. Временное сопротивление мартенсита может достигать 2700 МПа. Мартенсит, содержащий 0,35…0,4% углерода, обладает пониженным сопротивлением зарождению и развитию трещины и разрушается хрупко.

14 Рисунок 12.9 – Твердость мартенсита в зависимости от содержания в нем углерода Высокая твердость мартенсита объясняется влиянием внедренных атомов углерода в решетку фазы и созданием мелкой блочной структуры в кристаллах мартенсита. Кроме того, высокая твердость мартенсита вызвана высоким уровнем внутренних напряжений кристаллической решетки (фазовый наклеп, которые в свою очередь обусловлены разницей удельных объемов мартенсита и аустенита. Мартенсит по сравнению с другими структурными составляющими, и особенно аустенитом, имеет наибольший удельный объем. Увеличение объема возрастает с повышением содержания углерода (таблица
12.2) и является одной из причин возникновения высоких внутренних напряжений при закалке, вызывающих деформацию изделий или даже появление трещин. Таблица 12.2 – Приращение удельного объёма мартенсита относительно аустенита в зависимости от содержания углерода в мартенсите Содержание углерода, %
0,4 0,6 0,7 0,83 1,2 Увеличение объема, %
0,4 0,46 0,85 1,13 0,9* Уменьшение объема в данном случае связано с увеличением в структуре закаленной стали количества остаточного аустенита, имеющего меньший удельный объем

15
12.5 Превращения в сталях при отпуске Отпуском называют термическую обработку, заключающуюся в нагреве закаленной стали ниже температуры А. Целью проведения отпуска является снятие внутренних закалочных напряжений в деталях и конструкциях и придания им необходимого комплекса механических характеристик. Структура закаленной стали состоит из мартенсита и остаточного аустенита, которые являются неравновесными фазами. Переход стали в более устойчивое состояние должен сопровождаться распадом мартенсита и остаточного аустенита с образованием структуры, состоящей из устойчивых фаз феррита и цементита. Распад этих фаз идет по диффузионному механизму. Распад мартенсита (первое превращение при отпуске Распад мартенсита при отпуске происходит при температурах ниже С. При нагреве закаленной стали до таких температур из мартенсита выделяются карбиды, и происходит его обеднение углеродом. Структуру, образующуюся в результате распада мартенсита при температурах ниже С, называют мартенситом отпуска, который отличается от мартенсита закалки меньшим содержанием углерода и наличием дисперсных карбидов, когерентно связанных с решеткой мартенсита. Превращение остаточного аустенита (второе превращение при отпуске) При отпуске высокоуглеродистых сталей (с остаточным аустенитом) при С происходит бейнитное превращение. В результате превращения остаточного аустенита образуются обедненный углеродом мартенсит отпуска (А
ост
→ М
отп
) и частицы карбидов, которые по своему строению близки к бейниту.

16 Снятие внутренних напряжений и карбидное превращение (третье превращение при отпуске) При температурах С полностью завершается процесс выделения углерода из твердого раствора (мартенсита, происходит обособление решеток феррита и карбида, кроме того, карбиды окончательно превращаются в цементит. Форма карбидных частиц приближается к сферической. Образующуюся после отпуска при С структуру, представляющую собой мелкодисперсную феррито-цементитную смесь, обычно называют трооститом отпуска. Коагуляция карбидов (четвертое превращение при отпуске) При повышении температуры отпуска до Си выше встали протекают процессы коагуляции объединения, укрупнения) и сфероидизации цементита. Происходит растворение более мелких и рост более крупных частиц карбидов. В результате образуется структура сорбита отпуска. Распад мартенсита при отпуске существенно влияет на механические свойства стали. При низких температурах отпуска С твердость стали уменьшается незначительно, но уменьшается склонность к хрупкому разрушению. Прочность, вязкость и пластичность стали несколько возрастают после низкотемпературного отпуска вследствие уменьшения внутренних напряжений. Повышение температуры отпуска до С заметно снижает твердость, временное сопротивление, предел текучести и повышает характеристик пластичности – относительное конечное удлинение и сужение.