Образование мартенсита

При увеличении скорости охлаждения стали до 120° в секунду и более переохлажденный аустенит сохранится нераспавшимся до температур 300-200°. Дальнейшее охлаждение такого аустенита не приводит к образованию механической смеси феррита и цементита, так как этот процесс связан с диффузией углерода, а при таких сравнительно низких температурах условия для диффузии неблагоприятны. В аустените, переохлажденном до указанных температур, происходит только превращение Fey в Fea, т. е. перегруппировка атомов и образование объемноцентрированного куба вместо гранецентрированного.

Атомы углерода не успевают обособиться и образовать цементит, - они «застревают» в кристаллической решетке Fea между атомами железа. Структура, полученная в результате такого превращения переохлажденного аустенита, называется мартенситом. Мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в Fea.

Пересыщенным он называется потому, что в кристаллической решетке Fea «насильственно» растворено значительное количество углерода, в то время как Fea способно при комнатной температуре растворить всего 0,006% углерода. Это обстоятельство вызывает искажение кристаллической решетки мартенсита: отношение сторон ее не равно единице, как у куба, а одна сторона несколько вытянута, т. е. отношение са > 1. Это отношение тем больше, чем больше в стали углерода. Такая искаженная кристаллическая решетка называется тетрагональной.

Таким образом, мартенсит, так же как и аустенит, является твердым раствором, но их принципиальное различие состоит в том, что в аустените атомы расположены в виде гранецентрированного куба, а в мартенсите в виде несколько искаженного центрированного куба. Вследствие того что в мартенсите атомы углерода как бы заклинены между атомами железа, они вызывают большие внутренние напряжения. Поэтому мартенсит обладает большой твердостью (Нд = 600 - 650, а Ндс = 60) наряду со значительной хрупкостью. Твердость мартенсита зависит от содержания в нем углерода.

Под микроскопом мартенсит наблюдается в виде штрихов и игл различных размеров (как прямолинейных, так и загзагообразных). Иногда эти иглы настолько тонки, что не выявляются травлением. Такой мартенсит называют бесструктурным. Мартенсит является неустойчивой структурой. Углерод, насильственно «втиснутый» в кристаллическую решетку, стремится при первом удобном случае «покинуть» ее. Поэтому нагрев мартенсита и даже длительное пребывание при комнатной температуре вызывают изменения в его структуре. Критические температуры, при которых происходит превращение аустенита в мартенсит, обозначают буквой М. Различают критическую температуру Мн, которая соответствует началу превращения аустенита в мартенсит, и температуру Мк, при которой это превращение заканчивается. Положение температур М и Мк зависит от химического состава стали и не зависит от скорости ее охлаждения. Влияние углерода на положение температур Мн и Мк. Как видно из представленной диаграммы, температуры Мн и Мк понижаются с увеличением содержания в стали углерода.