IMG&6 267 (2)

266

12. Przemiana martenzytyczna

obszar

temperatura T

ljv 115. Zależność energii swobodnej ferrytu, austenitu i martenzytu od temperatury

Wpływ składu chemicznego na przemiany przechłodzonego austenitu w rzecJ wistości jest bardziej złożony, ponieważ stale zawierają przeważnie po ki|i pierwiastków stopowych, niekiedy o przeciwstawnym działaniu (np. Mn i Cr). \V_ev I wprowadził, powszechnie przyjętą, klasyfikację wykresów CTP (rys. 12.4).

Typ / jest charakterystyczny dla stali zwykłych (węglowych). Typ II z wyrak granicą przemian perlitycznej i bainitycznej, zwłaszcza na krzywej końca przemy dyfuzyjnych, jest charakterystyczny dla stali manganowych. Typ III z bard*,¹ wyraźną granicą przemian perlitycznej i bainitycznej jest charakterystyczny dla stą, chromowych. Typ IV z rozdzieleniem przemian perlitycznej i bainitycznej zakresj temperatur dużej trwałości przechłodzonego austenitu jest charakterystyczny <j_; wysokostopowych stali Cr-W-V (głównie narzędziowych). Wreszcie typ V z zaniki^ przemiany bainitycznej jest charakterystyczny dla stali niskowęglowych o du> zawartości chromu.

12.2. PRZEMIANA MARTENZYTYCZNA

W odróżnieniu od przemian dyfuzyjnych, zwłaszcza bainitycznej, występują* tylko w stopach Fe-C, przemianę martenzytyczną obserwuje się również w niektórych stopach metali nieżelaznych, np. Mn-Cu, Cu-Zn, Cu-Al, Ti-Mo, a nawet w metalach wykazujących alotropię, np. Ti, Zr. Przemiana zostanie opisana na przykładzie o największym znaczeniu technicznym stopów żelaza.

Przemiana martenzytyczna w stopach Fe-C jest uwarunkowana chłodzeniea i z szybkością większą od krytycznej (rys. 12.2) stopu o jednofazowej struktura austenitycznej uzyskanej uprzednio przez wygrzewanie w temperaturze austenityzo-wania. Duże przechłodzenie doprowadza stop do niskich temperatur, w których I procesy dyfuzyjne nie zachodzą. Z drugiej strony silne przechłodzenie austenit! zapewnia nadmiar energii swobodnej, stanowiący dostateczną siłę napędową do zainicjowania przemiany bezdyfuzyjnej.

Jak wynika z zależności energii swobodnych faz od temperatury (rys. 12.5)! równowaga ferrytu i austenitu występuje w temperaturze A, (dla zwykłej siali eutektoidalnej). Poniżej temperatury A, rozpoczyna się przemiana dyfuzyjna austenitu w perlit, ponieważ G„ < G_r Równowaga martenzytu i austenitu możliwa jest w temperaturze T₀ (G₀' = G_y). Przemiana martenzytyczna rozpoczyna się jednał dopiero w temperaturze M_s niższej od T₀ o 20 -r 400 K, ponieważ niezbędne jest dostateczne przechłodzenie do wywołania odpowiedniej siły napędowej AG„, umożliwiającej zarodkowanie i szybki wzrost kryształów martenzytu. Należy nadmienić, że część tej energii może być dostarczona przez siły zewnętrzne (odkształcenie plastyczne) i rozpocząć przemianę martenzytyczną w temperaturze M_d wyższej od M, (rys. 12.5).

Mechanizm przemiany martenzytycznej jest tak złożony i zależy od tyłu czynników, iż właściwie można go przypisać określonemu składowi stopu.

Uogólniając przyjmuje się, iż pierwszym etapem jest przemiana alotropowa p_ey-*Fea, polegająca na nieznacznych skoordynowanych przesunięciach płasz-ayn sieciowych, prowadzących do zmiany struktury żelaza z RSC na RPC. Duża ajbkość i niska temperatura procesu wykluczają udział w nim dyfuzji. Przemiana alotropowa odbywa się więc bez zmiany składu chemicznego: cała rozpuszczona t austenicie ilość węgła i pierwiastków stopowych pozostaje rozpuszczona w ferrycie.

Drugim etapem jest zarodkowanie ziarn martenzytu w mikroobszarach fazy macierzystej, odznaczających się nadmiarem energii swobodnej, tj. koncentracją naprężeń wywołanych szybkim chłodzeniem i skupieniem dyslokacji. Zarodkowanie wdrodze fluktuacji energii (drgań atomowych) wyklucza znikome prawdopodobieństwo utworzenia zarodka, wobec bardzo dużej pracy. Obecnie większość hipotez przyjmuje niejednorodne zarodkowanie na błędach ułożenia austenitu (w stalach zwykłych i stopowych) martenzytu pośredniego (heksagonalnego) przemieniającego się następnie w martenzyt trwały (regularny).

Wzrost zarodków prowadzi do tworzenia się dwóch podstawowych typów martenzytu: listwowego i płytkowego (między którymi jest cała gama typów pośrednich). Kryształ martenzytu listwowego ma kształt listwy o stosunku wymiarów ok. 1:7:30 i szerokości (na zgładzie) od 0,1 do 3 pm. Listwy, rozdzielone granicami wąskokątowymi albo bliźniaczymi, układają się równolegle w pakiety, rozdzielone granicami szerokokątowymi, wzdłuż kierunków <111) martenzytu. W ziarnie austenitu tworzy się kilka pakietów listw martenzytu. Listwy zawierają dyslokację o gęstości rzędu 10¹¹ -r 10¹² cm’². Kryształ martenzytu płytkowego ma kształt soczewki. Płytki powstają niezależnie, toteż różnią się znacznie wymiarami. Płytki są całkowicie lub częściowo zbliżniaczone.

Oba rodzaje kryształów martenzytu rosną z ogromną szybkością rzędu 10¹ m/s. Ich wzrost kończy się na granicach ziarn austenitu lub na sąsiednich kryształach