Мартенситное превращение в стали

Мартенситное превращение (и не только в стали) происходит при быстром охлаждении высокотемпературной фазы. Такой процесс часто называется закалкой, хотя для различных металлов и их сплавов термин «закалка» может иметь совершенно различный смысл, как, например, «закалка стали» и «закалка алюминиевого сплава».

К наиболее важным характеристикам мартенситного превращения в стали, которые отличают его от других типов превращений, в частности, от перлитного превращения, относятся следующие.

 Мартенситное превращение — бездиффузионное

Мартенситное превращение реализуется при быстром охлаждении стали от температуры выше А1, например, в воде. В этом случае диффузионный распад аустенита в смесь двух фаз – феррита и  цементита – полностью подавляется. Концентрация углерода в мартенсите та же, что и в аустените. Основное отличие между мартенситным и перлитным превращениями в том, что первое является совершенно бездиффузионным.   

Температурный интервал превращение – один и тот же

Превращение аустенита в мартенсит начинается при начальной температуре мартенситного превращения Mн.Температура начала перлитного превращения снижается с увеличением скорости охлаждения, а температура начала мартенситного превращения почти не зависит от скорости охлаждения. Мартенсит образуется в некотором температурном интервале – всегда в одном и том же при заданном составе сплава, например, содержании углерода  

Нет охлаждения – нет превращения

При остановке охлаждения при температуре внутри интервала Mн – Мк мартенситное превращение также останавливается. Это свойство кардинально отличает мартенситное превращение от перлитного. Перлитное превращение продолжается до конца при постоянной температуре ниже точки А1. Конечным результатом перлитного превращения является полное исчезновение аустенита. При мартенситном превращении всегда остается определенное количество остаточного аустенита.

Нет инкубационного периода

В отличие от перлитного превращения у мартенситного превращения отсутствует инкубационный период. При охлаждении ниже температуры Mн определенное количество мартенсита образуется мгновенно.

Нет роста — сразу «взрослый» мартенсит

При охлаждении ниже температуры Mн количество мартенсита увеличивается очень быстро за счет быстрого образования новых пластин. Мгновенно образовавшиеся пластины уже больше не растут. Это свойство отличает мартенсит от перелита. В ходе перлитного превращения постоянно зарождаются новые колонии, а старые колонии продолжают расти.

Мартенсит помнит аустенит

Мартенситные пластины упорядоченно ориентированы по отношению к аустенитной решетке. При перлитном превращении решетки фаз, которые входят в эвтектоидную смесь имеют случайную ориентацию по отношению к исходной аустенитной решетке.

Кристаллическая решетка мартенсита

Кристаллическая решетка мартенсита – не кубическая, а тетрагональная.

Больше углерода — ниже температура начала мартенситного превращения

Для данной стали мартенситное превращения начинается всегда при одной и той же температуре независимо от скорости охлаждения. Величина этой температуры зависит  от состава   сплава и резко снижается при увеличении в стали содержания углерода (см. рисунок). Часть углерода входит в карбиды, которые сосуществуют  с аустенитом. Если температура закалки повышается, то часть карбидов растворяется в аустените и, следовательно, содержание углерода в аустените увеличивается и точка Mн понижается.

martensitnyy-intervalРисунок — Влияние содержания углерода в стали
на температуру начала и конца мартенситного превращения

Мартенситное превращение — сдвиговое фазовое 

Формирование мартенсита характеризуется сдвиговым механизмом перестройки аустенитной решетки. Мартенситный (сдвиговый) механизм фазового превращения отличается упорядоченным взаимосвязанным движением атомов на расстояния, которые короче межатомных расстояний, то есть атомы не меняются местами.