Кинетика мартенситных превращений

Условно можно выделить три типа мартенситных превращений, различающихся своей кинетикой: атермическое, взрывное и полностью изотермическое.

 Атермическое превращение наблюдается в углеродистых и легированных сталях с мартенситной точкой МН выше 100° С, взрывное — в сплавах систем Fе—Ni и Fе—Ni —С с точкой MН ниже комнатной температуры и полностью изотермическое — в сплавах систем Fе—Ni—Мn и Fе—Ni —Сг с точкой MН также ниже комнатной температуры. Соотношение между количеством мартенсита и аустенита, которое характеризуют кривые, определяют магнитометрически (по отклонению стрелки магнитометра), используя то, что аустенит парамагнитен, а мартенсит ферромагнитен, а также по изменению электросопротивления и дилатометрическим методом.

 А т е р м и ч е с к о е п р е в р а щ е н и е характеризуется плавным нарастанием количества мартенсита при непрерывном понижении температуры в мартенситном интервале Мs— MК. Остановка охлаждения приводит к практически полному прекращению превращения. Когда образец в аустенитном состоянии перебрасывают в ванну с температурой ниже Мs, превращение идет с очень большой скоростью за те несколько секунд, в течение которых температура образца выравнивается и становится одинаковой с температурой ванны. Во время последующей изотермической выдержки мартенсит не образуется, несмотря на большое количество исходной фазы (аустенита) или, точнее, скорость изотермического превращения аустенита ничтожно мала (отсюда и название — «атермическое» превращение).

Атермическое превращение представляет наибольший практический интерес, так как в отличие от взрывного и полностью изотермического, характерных главным образом для области отрицательных температур, оно протекает при температурах выше комнатной, т. е. в обычных условиях закалки промышленных сплавов.

В з р ы в н о е п р е в р а щ е н и е характеризуется скачкообразным (взрывообразным) появлением определенного количества мартенсита при температуре точки Л4Н или несколько ниже.Количество мартенсита, образовавшегося взрывообразно, зависит от состава сплава и положения точки Мн, колеблясь от нескольких процентов до примерно 70%. Взрыв сопровождается звуковым эффектом (отчетливо слышимым щелчком) и временным повышением температуры, иногда на 30° С, из-за быстрого выделения скрытой теплоты превращения.

 П о л н о с т ь ю и з о т е р м и ч е с к о е п р е в р а щ е ­ н и е по своей кинетике внешне напоминает нормальное фазовое превращение. При изотермической выдержке после некоторого инкубационного периода мартенситное превращение развивается с ускорением, а затем с постоянным затуханием во времени. Как и при обычном фазовом Превращении, скорость изотермического мартенситного превращения и инкубационный период зависят от температуры.

Инкубационный период сокращается с понижением температуры до —120°С и далее возрастает. Это позволяет строить С-кривые изотермического мартенситного превращения (рис. 117), аналогичные обычным С-кривым неупорядоченного фазового превращения. Так как имеется инкубационный период, изотермическое мартенситное превращение можно полностью предотвратить, применив быстрое охлаждение аустенита до очень низких температур. Так, в тех железных сплавах, для которых характерно изотермическое мартенситное превращение, его можно подавить быстрым охлаждением образцов до температуры жидкого азота (— 196° С). При последующем отогреве аустенит испытывает изотермическое мартенситное превращение со скоростью, зависящей от температуры. Принципиальное отличие кинетики изотермического мартенситного превращения от неупорядоченного фазового состоит в том, что мартенситное превращение не доходит до полного исчезновения исходной фазы, т. е. сохраняется остаточный аустенит. Количество изотермически образующегося мартенсита колеблется от долей процента до десятков процентов в зависимости от состава сплава и температуры изотермической выдержки.

Эксперименты показывают, что нельзя 'резко отграничить атермическое и взрывное превращения от изотермических. В сплавах, для которых характерна атермическая кинетика, после быстрого «атермического» образования определенной порции мартенсита при охлаждении до заданной температуры может изотермически образоваться дополнительное его количество. После мартенситного «взрыва» также может образоваться значительное количество «изотермического» мартенсита при температурах ниже температуры взрыва. Небольшое количество мартенсита может изотермически образоваться при температурах чуть выше температуры взрыва. Кристаллы мартенсита независимо от типа кинетики превращения растут с громадной скоростью при любых температурах, в том числе и при температурах глубокого холода. По изменению электросопротивления» сопровождающему образование каждой пластины, были определены скорость ее роста и время формирования.