9. Природа мартенситу

Мартенсит – це твердий перенасичений розчин вуглецю в α-залізі. Мартенсит володіє високою міцністю і твердістю. Твердість мартенситу залежить від вмісту вуглецю в сталі і може досягти 62-65 HRC.

Мартенсит — метастабільна фаза в залізовуглецевій сталі, що утворюється при швидкому охолодженні аустеніту зі швидкістю, вищою за так звану критичну (гартуванні). Мартенситами також називають фази інших матеріалів, утворені в результаті так званого мартенситного переходу, при якому атоми не встигають дифундувати в інші фази. При охолодженні аустеніту з швидкостями, меншими за критичну, можуть утворитись феритно-цементитні суміші: перліт, сорбіт, тростит, твердість яких значно менша, відповідно 15;30;40 HRC.

Включення мартенситу в сталі виглядають голчастими. При швидкому охолодженні аустеніт стає нестабільним, однак атоми вуглецю не встигають дифундувати й залишаються захопленими в структурі, яка змінює свою симетрію від гранецентрованої кубічної до об'ємноцентрованої тетрагональної, тобто витягується в одному напрямку в порівнянні зі об'ємноцентрованою кубічною. При витягуванні кристалічної ґратки утворюються дефекти, що перешкоджають ковзанню дислокацій, зменшуючи таким чином пластичність сталі, й збільшуючи її твердість.

Надто великий вміст мартенситу в сталі призводить до крихкості, надто малий — м'якості.

10.Механізм мартенситного перетворення

Мартенситне перетворення протікає тільки у тому випадку, якщо швидким охолодженням аустеніт переохолоджується до низьких температур ( 200⁰С і нижче), коли дифузія як вуглецю, так і заліза стає неможливою. При мартенситному перетворенні не проходить перерозподіл компонентів між аустенітом і мартенситом. Для початку мартенситного перетворення необхідно велике переохолодження аустеніту (т. Мn) при якому значення різниці об’ємної вільної енергії аустеніту і мартенситу буде більшим приросту поверхневої та пружної енергії (∆ F_об> ∆ F_пов+∆ F_пр). Таким чином, мартенситне перетворення носить бездифузійний характер, воно проходить шляхом зсуву і не супроводжується зміною складу твердого розчину.

Щоб мартенситне перетворення розвивалось, необхідно безперервно охолоджувати сталь нижче температури Мn. Якщо охолодження припинити, то мартенситне перетворення також зупиниться. Ця особливість мартенситного перетворення різко відрізняє його від дифузійного перлітного перетворення, яке повністю протікає в ізотермічних умовах при температурі нижче точки А₁. Кількість мартенситу при цьому зростає у результаті утворення все нових і нових кристалів, а не внаслідок росту кристалів, які утворились і які мають когерентну межу. При досягненні для кожної сталі температури, перетворення аустеніту в мартенсит припиняється. Цю температуру закінчення мартенситного перетворення називають температурою мартенситного перетворення. Положення точок Мnі Мк не залежить від швидкості охолодження і обумовлено хімічним складом аустеніту. Чим більше в аустеніті вуглецю, тим нижчі температури Мnі Мк. Всі легуючі елементи, які розчиняються в аустеніті, за виключенням Со і Al, знижують точки Мnі Мк.