ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Состояние мартенсита при низком отпуске из "Строение и свойства металлических сплавов " В связи с малым размером октаэдрической поры и большим размером атома углерода присутствие углерода в растворе приводит, как указывалось выше, к значительному смещению атомов железа в кристаллической решетке мартенсита. [c.273] Трудно предположить, чтобы атомы углерода равномерно распределялись в о. ц. к. решетке мартенсита. Даже при условии насыщения они не могут заполнить все элементарные ячейки железа. По мере уменьшения концентрации углерода число обездоленных элементарных ячеек железа возрастает по гиперболическому закону. Так, если при 2% С один атом углерода приходится на четыре элементарные ячейки мартенсита, то при 0,4 и 0,1% С он приходится на 18 и 73 ячеек соответственно (рис. 122). Очевидно, степень искажения больше вблизи растворенного углерода и уменьшается по мере удаления от него. Рентгенострук-туриый анализ малоуглеродистых закаленных сталей (0,1 — 0,5% С) действительно показывает, что тетрагональная структура мартенсита весьма неоднородна [225]. [c.273] Распад мартенсита и выделение углерода из твердого раствора происходят при весьма низких температурах. Однако скорость процесса сильно зависит от температуры. В виду крайней метастабильности мартенсита тепловое воздействие легко возбуждает в нем процессы, приводящие к образованию более устойчивых структур. [c.274] Однако, как указывалось ранее, выделение углерода из мартенсита — не единственный возможный процесс, связанный с изменением положения атомов углерода на первой стадии отпуска. [c.274] Теоретический анализ Хачатуряна [226] показал, что упорядоченное распределение углерода, при котором и возникает тетрагональная симметрия, энергетически выгодно при достаточно низких температурах из-за уменьшения величины упругой энергии (упругих искажений решетки, вызываемых атомами внедрения). С повышением температуры тепловая энергия разрушает порядок. При малом содержании углерода температура его перераспределения ниже комнатной. При среднем и высоком содержании углерода распад мартенсита опережает процессы перехода и при повышении температуры отпуска наблюдается выделение углерода из раствора. [c.274] Следовательно, при определенных условиях при малом содержании углерода, при достаточно низких (близких к комнатной) температурах можно ожидать перехода из упорядоченного состояния в неупорядоченное и образования кубического мартенсита, параметры которого больше, чем у равновесного а-железа [225].. [c.274] Более того, в определенных условиях наблюдается даже обратный процесс — увеличение степени упорядоченности в распределении углерода и степени тетрагональности при отогреве закаленной стали от очень низких температур (—196° С) до комнатной [262]. [c.274] Как было показано в работе Лысака и Драгинской [263], при закалке марганцовистой стали образуется (при низких температурах) мартенсит с аномально низким отношением осей с/а это объясняется тем, что не все атомы углерода (примерно только половина) занимают октаэдрические поры вдоль направления [001]. При нагреве происходит процесс диффузионного упорядочения и соответственно увеличивается тетрагональность [262]. Так, в стали с 0,97% С и 6,3% Мп при отпуске от —196 до + 20° С отношение осей ja возрастает от 1,026 до почти нормального (в соответствии с установленной зависимостью [220]), т. е. до 1,040. Процесс идет с заметной скоростью уже при —50° С. [c.275] Исследование кинетики показало, что изменение отношения осей происходит по экспоненциальному закону, быстрее всего за несколько первых минут. Повышение температуры сильно ускоряет процесс. Так, при —21° С достижение нормальной тетраго-нальности происходит за 26 ч, а при 0° С — за 1 мин. Деформация стали при температуре жидкого азота приводит к увеличению степени неупорядоченности углерода в решетке мартенсита, а деформация при комнатной температуре, по-видимому, к частичному распаду его. [c.275] Анализ рентгенограмм хромистой н никелевой стали не обнаружил эффектов, подобных наблюдаемым в марганцовистой стали,— отношение осей после образования мартенсита в этих сталях сразу близко к нормальному. [c.275] В работе [263] отмечалось, что увеличение содержания углерода приводит к замедлению первой стадии распада. Этот неожиданный результат был объяснен тем, что степень упорядоченного расположения атомов углерода возрастает с увеличением его концентрации, а такое состояние при определенных условиях является более стабильным, поскольку уменьшение свободной энергии от упорядочения перекрывает ее увеличение от пересыщения раствора углеродом. Было предлол ено и другое объяснение чем больше углерода, тем больше дислокаций, которые связывают углерод. Показано, что деформация уменьшает скорость распада мартенсита при низких температурах, возможно, также за счет увеличения плотности дислокаций. [c.275] При деформации мартенсита наблюдается исчезновение те-трагональности. Это также можно объяснить переходом атомов углерода из положений, обусловливающих тетрагональную симметрию, на дефекты, либо переходом атомов в неупорядоченное положение. [c.276] Для анализа результатов была использована модель Калиша, согласно которой дислокации, возникающие в результате деформации, группируют атомы углерода вдоль своих линий, заблокированные атомы диффундируют вдоль линий дислокаций под действием поля упругих напряжений. Возникает градиент концентрации углерода между обедненной зоной вокруг области взаимодействия и окружающей областью, который приводит к диффузии атомов углерода к дислокациям. При этом возможно обратное растворение е-карбида, поскольку, как показывает расчет, число атомов, попадающих в сферу взаимодействия, достаточно велико. С повышением температуры старения до 400° С размер обл астей взаимодействия дефектов структуры с атомами углерода быстро уменьшается и сила притяжения со стороны дислокаций ослабевает. [c.277] Таким образом, пластическая деформация мартенсита может приводить к устранению упорядоченного расположения атомов углерода в кристаллической решетке а-железа и, следовательно, к потере тетрагональности, к переходу атомов углерода на дефекты, что также вызывает потерю тетрагональности и распад мартенсита с образованием карбидной фазы. [c.277] Таким образом, на начальной стадии отпуска в закаленной стали возникает весьма неоднородное структурное состояние. На этой стадии структура металла особенно сильно чувствительна к внешнему воздействию (нагрев, деформация) и к составу (содержанию углерода, поскольку количество его определяет степень пересыщенности раствора) процесс проходит через ряд промежуточных стадий возникает ряд промежуточных состояний, характеризующих большую неоднородность в стали. Весьма возможно, что в самой начальной стадии отпуска в мартенсите возникают обогащенные углеродом зоны на дефектах (гетерогенное образование зон) или в растворе (гомогенное образование за счет чисто химического взаимодействия), подобно тому как это наблюдается в алюминиевых сплавах. Однако вследствие крайней метастабильности происходит быстрый переход в другое состояние. Высокопрочная сталь (после закалки и низкого отпуска) с течением времени, особенно под воздействием нагрузок, может претерпевать ряд структурных изменений, связанных с перераспределением примесей внедрения. [c.278] Вернуться к основной статье