Мартенсит – это одна из фаз стали, получаемая путем быстрого охлаждения от высокой температуры. Мартенсит обладает высокой твердостью и хрупкостью, и поэтому его необходимо подвергнуть термической обработке для улучшения его механических свойств. Основной процесс, который используется для этого, называется отпуском.
Отпуск – это термическая обработка мартенсита, в ходе которой происходит изменение его структуры и свойств. При отпуске происходят фазовые превращения, в результате которых происходит образование упрочняющих частиц и снижение хрупкости мартенсита.
Фазы разложения мартенсита при отпуске можно условно разделить на три стадии: младшую, среднюю и старшую. Каждая из этих стадий характеризуется определенными процессами и свойствами мартенсита. На младшей стадии происходит особенно интенсивное разложение мартенсита, на средней – разделение и рост упрочняющих частиц, а на старшей – образование структурных дефектов и повышение пластичности материала.
На младшей стадии происходит разложение мартенсита в феррит и цементитные частицы. Это связано с перемещением атомов углерода в структуре мартенсита. Переходное ядро, содержащее максимальное количество углерода, образует феррит. Остальные атомы углерода сосредоточиваются вокруг этого переходного ядра и образуют цементитные частицы. На этой стадии происходит увеличение размеров ферритных и цементитных частиц.
Что происходит с мартенситом при отпуске?
В начале отпуска мартенсита происходит разделение твёрдого раствора феррита и цементита на более мягкие фазы. Для этого, мартенсит нагревают до определенной температуры и держат в течение нескольких часов. Происходит образование аустенита, который затем разлагается на две фазы: углеродсодержащую цементитную фазу и глинистую фазу.
На второй стадии отпуска мартенсита происходит изменение размера углеродсодержащей фазы. Она стабилизируется, в результате чего мартенсит становится мягче и упрочнение постепенно теряется. Этот процесс идет с выделением диффузионных атомов и следует за предыдущим этапом разделения фаз.
Третья стадия отпуска мартенсита характеризуется куполообразной зависимостью жесткости от температуры. На стадии возможны процессы нуклеации и роста зерен, что влияет на дальнейшую микроструктуру материала. На этом этапе также происходит расслоение богатого цементом мартенсита.
В конце отпуска мартенсита происходит полное покачественное и количественное разложение аустенита, что приводит к уменьшению внутренних напряжений и увеличению пластичности мартенсита. В результате процесса отпуска мартенсит теряет прочность, приобретает деформируемость, что позволяет легче окончательно обработать и использовать данную структуру в промышленности.
Таким образом, процесс отпуска мартенсита при разложении на различные стадии происходит с образованием новых фаз и изменением микроструктуры материала. Это позволяет снизить его жесткость, повысить пластичность и улучшить обрабатываемость.
Фазы разложения мартенсита
Фазы разложения мартенсита при отпуске обычно проходят четыре стадии:
| Стадия разложения | Описание |
|---|---|
| Первая стадия | На данной стадии мартенсит претерпевает разложение в аустенит и осадок в виде углеродных карбидов, таких как цементит или эпидот |
| Вторая стадия | Вторая стадия разложения характеризуется накоплением осадков карбидов, что сопровождается замедлением скорости разложения мартенсита |
| Третья стадия | На третьей стадии происходит рост и увеличение размеров карбидных осадков, а также продолжается процесс разложения мартенсита |
| Четвертая стадия | В четвертой стадии разложения мартенсита осадки карбидов достигают максимального размера, а процесс разложения постепенно замедляется и устанавливается на равновесном уровне |
На каждой стадии разложения мартенсита происходят различные изменения в структуре и свойствах материала, определяющие его механические и физические характеристики.
Роль температуры и времени
Температура и время играют ключевую роль в процессе разложения мартенсита при отпуске. Значения этих параметров определяют структуру и свойства получаемого материала.
При нагревании мартенсита до температуры отпуска происходит перестройка кристаллической решетки, что вызывает изменение механических свойств материала. Чем выше температура отпуска, тем быстрее происходят структурные превращения.
Время отпуска также оказывает существенное влияние на результат процесса. Увеличение времени отпуска приводит к усилению диффузии атомов, что, в свою очередь, способствует более полному разложению мартенсита и изменению его свойств.
При определенной комбинации температуры и времени происходит разложение мартенсита, сопровождающееся освобождением упругих напряжений и изменением структуры. Это приводит к увеличению пластичности и твердости материала.
Температура и время являются взаимосвязанными параметрами. При повышении температуры можно сократить время отпуска, чтобы достичь желаемых характеристик материала. Однако при слишком высоких температурах возможно ухудшение свойств из-за нежелательных процессов.
Поэтому правильный выбор температуры и времени отпуска является важным аспектом, определяющим окончательные свойства мартенсита и получаемого материала.