Теппература

Рис. 118. Мартенситные кривые при разной стабилизации аустенита;

- температура, при которой охлаждение прерывают и проводят выдержку; 1 - кривая непрерывного охлаждения; 2 и 3 - кривые, соответствующие разной выдержке (х) при температуре Т причем Тз > Tj

w,-------.--1 при температуре Тп, а щсде.переохлаждения аустенита (гистерезиса) до некоторой температуры М. (рис. 118). При этом мартенсита часто образуется меньше, чем при непрерывном охлаждении (мартенситная кривая 2 на рис. 118 идет ниж кривой /), и количество остаточного аустенита возрастает. Возобновляющееся при температуре Мп мартёнситное превращение может протекать взрывообразно (например, в сплавах Fe-N1-С).

Наиболее простой случай термической обработки, включающей стабилизацию аустенита, можно наблюдать, когда точка M находится выше, а Л1к - ниже комнатной температуры причем Гп = 20° С. Так, выдержка углеродистой стали при комнатной температуре после обычной закалки в воде стабилизирует аустенит, затрудняя мартёнситное превращение при последующем охлаждении стали в области отрицательных температур и увеличивая количество остаточного аустенита после такой обработки. Поэтому изучение закономерностей термической стабилизации аустенита представляет интерес для технологии обработки стали холодом (§ 40).

Мерой эффекта стабилизации часто служит температурный гистерезис 9 = Тп - (см. рис. 118).

Степень стабилизации аустенита зависит от температуры прерывания охлаждения Тп и выдержки при этой температуре. Если же после прерывания охлаждения сплав был нагрет до некоторой температуры Т. > Тп, то степень стабилизации О зависит от Тд и времени выдержки при этой температуре.

С понижением Тп, т. е. с ростом количества мартенсита, присутствующего при стабилизирующей выдержке, степень стабилизации возрастает. Более сложно влияние времени выдержки. С увеличением времени выдержки при температуре Тп или степень стабилизации может непрерывно возрастать (кривые 2 и 3 на рис. 118). При достаточно высоких температурах увеличение времени выдержки сначала приводит к росту, а затем к уменьшению степени-стабилизации. Чем выше температура Т<., тем быстрее достигается максимум 0.

На стали с 1,4% С и 5% Ni было обнаружено, что величина 6 с увеличением времени выдержки при температуре Т после прохождения через максимум снижалась и становилась отрицательной. Это означает, что большие выдержки после прерывания охлаждения приводили не к стабилизации (Л4н < Тп), а к про-216

тивоположному эффекту - активированию мартенситного превращения (Мн > Тп). i

Термическая стабилизация аустенита - сложный процесс. Вполне возможно, что в разных случаях, например в разных температурных интервалах, действуют разные механизмы стабилизации.

* В термическую стабилизацию при температурах ниже точки М определенный вклад может внести релаксация упругих на--пряжений в аустенитной матрице вокруг мартенсйтных пластин. Эти напряжения, как уже отмечалось, вызывают автокаталитический эффект, свойственный всем мартенситным превращениям. Уменьшение упругих напряжений вокруг мартенсйтных кристаллов хорошо объясняет повышение степени стабилизации с увеличением времени выдержки, но не может объяснить снижения 0 при больших выдержках.

Для понимания природы стабилизации аустенита весьма важно, что термическая стабилизация наблюдается только в тех; сплавах на основе железа, которые содержат, хотя бы и в сравнительно небольшом количестве, элементы внедрения: углерод а азот. Поэтому почти все современные гипотезы механизма термической стабилизации аустенита исходят из предположения о решающей роли сегрегации атомов углерода или азота.

Атомы элементов внедрения во время стабилизирующей выдержки могут сегрегировать в потенциальные участки зарождения в аустените, препятствуя превращению этих участков в зародыши мартенсита. Они могут сегрегировать на межфазную границу матрицы и зародыша, препятствуя его росту.

Весьма убедительна гипотеза, связывающая термическую стабилизацию с деформационным старением - образованием сегрега- ций из внедренных атомов на дислокациях в аустените. Так как образование мартенситного кристалла вызывает пластическую деформацию аустенитной матрицы, то упрочнение ее при деформационном старении затрудняет мартенсйтное превращение. Развитие деформационного старения аустенита с увеличением времени выдержки при температуре Т объясняет рост Q. Уменьшение эффекта стабилизации с дальнейшим увеличением времени выдержки легко объяснить перестариванием (см. § 45), с которым связано падение предела текучести аустенита. Достижение отрицательных значений 9 можно связать с далеко зашедшим перестариванием, которое, во-первых, сильно разупрочняет аустенит

и, во-вторых, может привести к обеднению аустенита углеродом вблизи выделений карбида. Такие обедненные углеродом участки имеют повышенную температуру М . С повышением темпера-

туры То деформационное старение ускоряется и соответственно

г ускоряется достижение максимума 0,

Рассмотренное в § 32 снижение температуры М при переходе

-от чрезвычайно больших скоростей охлаждения выше этой тем-

S пературы к обычным скоростям закалки в воде также является

результатом стабилизации аустенита из-за предполагаемого за-: крепления дислокаций сегрегациями атомов углерода.

При комнатной и более высоких температурах могут действовать оба механизма стабилизации: образование сегрегации углерода и релаксация напряжений.

§ 36. ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИИ НА МАРТЁНСИТНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ

1. Мартенсит напряжения и мартенсит деформации

Деформация исходной фазы оказывает сложное влияние на мартёнситное превращение.

Деформация выше точки М вызывает мартёнситное превращение в интервале между температурой М и некоторой температурой УИд, которая находится где-то ниже точки То, иногда очень близко от нее. Аналогично деформация мартенсита вызывает обратное мартёнситное превращение в области температур ниже точки Л вплоть до некоторой температуры Лд (см. рис. 102).

Мартёнситное превращение выше М вызывается и упругой, и пластической деформацией (рис. 119). Выше точки М термодинамический стимул превращения Д/об ( химическая движущая сила) не может вызвать превращения. Выше М в некотором интервале Мн-Мн упругие напряжения способствуют зарождению кристаллов мартенсита в тех же участках исходной фазы, где они появляются ниже M без участия приложенных напряжений. Энергия приложенных напряжений как бы добавляется к термодинамическому стимулу превращения ДТоб- и мартёнситное превращение становится возможным при меньших степенях переохлаждения по отношению к То, т. е. при более высоких температурах. Чем больше удалена температура от (в сторону То), тем меньше AFog и соответственно больше должно быть напряжение упругой деформации, способное вызвать мартёнситное превращение (см. участок аЬ на рис. 119). С повышением температуры деформации достигается точка М, при которой указанное приложенное напряжение становится равным пределу текучести. Выше температуры пластическая деформация обусловливает иной механизм стимулирования мартенситного превращения, а именно - образование под действием деформации новых мест соиу и козну) зарождения мартенсита. Это и

Температура

Рис. 119. Напряжения, вызывающие мартёнситное превращение при упругой деформации (участок аЬ) в интервале M.,-i

mJJ и при пластической деформации (участок Ъс) в интервале М- М (схема по Ол-н Д