Мартенсит: реечный и пластинчатый

Вид мартенсита под световым микроскопом с изменением содержания углерода тоже меняется. На рисунке 1 справа схематически показано, что закалка чистого аустенит с содержанием углерода ниже или выше  эвтектоидного содержания 0,77 % может давать закаленную структуру со 100 %-ным мартенситом. Как показано слева на рисунке 1, принято разделять мартенсит на два типа – реечный и пластинчатый — в зависимости от содержания в нем углерода.

sxema-zakalkiРисунок 1 – Различные типы мартенсита – реечный и пластинчатый

Реечный и пластинчатый типы мартенсита

При содержании углерода от 0 до 0,6 % мартенсит называют реечным, а при содержании более 1 % — пластинчатым. При промежуточном содержании углерода от 0,6 до 1,0 % структура мартенсита представляет собой смесь этих двух типов мартенсита. Вид мартенсита в световом микроскопе слегка разочаровывает: реечный мартенсит выглядит нечетко и мутно, как это видно на рисунке 2 для стали с содержанием углерода 0,18 %.

martensit-reechnyyРисунок 2 – Оптическая микрофотография реечной структуры мартенсита
в стали с 0,18 % углерода

В пластинчатом мартенсите иногда бывает возможным разглядеть отдельные пластины, но только тогда содержание углерода становиться больше 1 %. Это показано на рисунке 3 для мартенсита с 1,4 % углерода.

martensit-plasinchatyyРисунок 3 – Оптическая микрофотография пластинчатой структуры мартенсита для стали с 1,4 % углерода

Остаточный аустенит

Причиной того, почему пластины становятся видимыми является то, что эта структура не является на 100 % мартенситной. Белые области, которые окружают мартенситные пластины, являются зернами аустенита, который не превратился при закалке. Этот аустенит называют остаточным. Этот аустенит является мягким по сравнению с мартенситом – именно из-за этого аустенита твердость в закаленной стали снижается при увеличении содержания углерода выше 0,9 % как показано на рисунке 4.

uglerod-martensit-tverdostРисунок 4 – Твердость по Роквеллу свежезакаленного мартенсита
в зависимости от содержания углерода.

Если пластинчатый мартенсит содержит мало остаточного мартенсита или не содержит его совсем, отдельные пластины невозможно не возможно различить (рисунок 5), хотя их можно четко видеть под просвечивающим электронным микроскопом.

martensit-smeshannyyРисунок 5 — Оптическая микрофотография смешанной мартенситной  структуры для стали с 0,9 % углерода

Сравнение фотографий на рисунках 3 и 5 показывает, что весьма трудно (кроме, конечно, опытных металловедов) различить чисто реечный мартенсит и смешанную реечно-пластинчатую структуру только по оптической микроструктуре.

Отпущенный мартенсит

Когда мартенсит извлекают из закалочной ванны, его называют свежезакаленным мартенситом. Данные по твердости на рисунке 4 как раз относятся к свежезакаленному мартенситу. Большая проблема этого «свежего» мартенсита в том, что, если содержание углерода составляет больше чем 0,2-0,3 %, то сталь в этом состоянии является очень хрупкой. Эту хрупкость можно убирают за счет некоторой потери твердости, если закаленную сталь слегка нагреть. Этот процесс называется отпуском.

Поэтому закаленные стали почти всегда подвергают отпуску для повышения вязкости стали. Полученный мартенсит называют отпущенным мартенситом. Повышенная температура отпуска позволяет атомам углерода, которые «захвачены» в ОЦТ структуру, немного подвигаться. Это движение атомов дает два эффекта:
— дает возможность ОЦТ структуре измениться в ОЦК структуру;
— дает возможность образовываться очень маленьким частицам карбидов.

Мартенсит под световым микроскопом

Эти мелкие карбиды слишком малы, чтобы разглядеть их в оптический микроскоп. Однако щелочное травление поверхности стали, которая содержит эти карбиды, делает ее шероховатой – поэтому отпущенный мартенсит под оптическим микроскопом выглядит темным. В отличие от отпущенного мартенсита травление неотпущенного мартенсита дает ему гладкую поверхность – он выглядит под микроскопом белым. Температура отпуска для того, чтобы сделать мартенсит темным под микроскопом, весьма низкая – порядка 150 °С. Все типы мартенсита на рисунках 2, 3 и 5 были слегка отпущены.

Источник: John D. Verhoeven, Steel Metallurgy for Non-Metallurgists, 2007