Как при закалке стали мягкий аустенит за доли секунды превращается в твёрдый мартенсит — без диффузии, одним сдвигом решётки.
Одну и ту же сталь можно сделать мягкой или сверхтвёрдой — всё решает то, как её охладили. Резкое охлаждение «замораживает» особую структуру — мартенсит.
Превращение запускается одним условием — скоростью охлаждения.
Чтобы получить мартенсит, аустенит нужно охладить быстрее, чем успевает идти диффузия углерода. Тогда распад на феррит и цементит «не успевает» — и решётка перестраивается сдвигом.
Атомы не диффундируют на большие расстояния. Состав мартенсита = составу аустенита.
Атомы смещаются согласованно, меньше чем на межатомное расстояние — как сдвиг колоды карт.
Кристалл растёт почти мгновенно (~10³ м/с) и не зависит от выдержки во времени.
Именно поэтому мартенсит образуется не во времени, а по температуре: чем глубже охлаждение ниже Mн, тем больше мартенсита.
Гранецентрированный куб (ГЦК) перестраивается в объёмно-центрированную тетрагональную решётку (ОЦТ). Это пересыщенный α-твёрдый раствор: углерода в нём гораздо больше, чем «разрешено».
Атомы углерода застревают в порах α-решётки и не успевают выйти. Они растягивают куб вдоль одной оси — он становится тетрагональным.
● атом углерода в поре · ● атом железа
Мартенсит образуется не при одной температуре, а в диапазоне между Mн (начало) и Mк (конец). Остановили охлаждение — остановилось и превращение.
Образуется в низко- и среднеуглеродистых сталях. Тонкие рейки собраны в пакеты.
Более вязкий, Mн выше.
Характерен для высокоуглеродистых сталей. Линзовидные пластины-«иглы».
Более твёрдый и хрупкий, Mн ниже.
Тип структуры определяется содержанием углерода и напрямую влияет на сочетание твёрдости и вязкости.
Высокая твёрдость мартенсита — следствие искажённой решётки, внутренних напряжений и плотной дислокационной структуры.
Значения условные — зависят от марки стали.
Свёрла, фрезы, ножи: твёрдый мартенсит держит острую кромку.
Валы, шестерни, оси — закалка повышает износостойкость и прочность.
Твёрдый слой мартенсита снаружи + вязкая сердцевина внутри.
После закалки делают отпуск — снимают напряжения и хрупкость.
Закалку почти всегда сочетают с отпуском: чистый мартенсит слишком хрупок для эксплуатации.
Атомы не перемещаются — решётка перестраивается сдвигом со скоростью звука.
Аустенит (γ-Fe) превращается в тетрагональный мартенсит (α′-Fe).
Идёт в интервале Mн–Mк; больше углерода — ниже точки.
Высокая твёрдость от искажённой решётки; нужен отпуск.
Механизм мартенситного превращения · Материаловедение, Блок 2