peredelka38.ru
Мартенситное превращение – это фазовое превращение, происходящее в металлах и сплавах при быстром охлаждении. В результате этого превращения происходит изменение структуры материала, что влияет на его физические и механические свойства. Мартенситное превращение названо в честь немецкого металлурга и минералога Адольфа Мартенса, который впервые описал этот процесс в конце XIX века.
Мартенситное превращение является одним из способов термической обработки металлов, который широко применяется в производстве стали и других сплавов. Главным признаком мартенситного превращения является возникновение мартенситной структуры, которая характеризуется моноклинной сингонией и высокой твердостью.
Одним из основных особенностей мартенситного превращения является его кинетическая природа. Процесс превращения происходит при быстром охлаждении, когда не успевает произойти рекристаллизация и изотермическая прокаливка. Благодаря быстрым скоростям охлаждения, мартенситное превращение может происходить при комнатной температуре или даже ниже.
Что такое мартенситное превращение
Мартенситное превращение часто происходит при охлаждении нагретого материала. При определенных условиях, таких как скорость охлаждения и состав материала, происходит структурное превращение, при котором аустенит — стабильная фаза твердого раствора — превращается в мартенсит. Мартенсит обладает характерными механическими свойствами, такими как повышенная твердость, прочность и упругость.
Мартенситное превращение является одним из ключевых механизмов закалки стали. Путем контролируемого охлаждения стального изделия из высокой температуры достигается преобразование аустенита в мартенсит, что приводит к улучшению механических свойств стали.
Мартенсит можно также получить путем других методов, таких как механическая обработка, нагружение или микро-деформации материала. Такие процессы позволяют контролировать структуру и свойства материала и широко применяются в инженерии и производстве.
Процесс мартенситного превращения
Во время мартенситного превращения аустенитная фаза металла превращается в мартенситную фазу. Этот процесс характеризуется свойством необратимости, то есть мартенситная фаза не может быть превращена обратно в аустенитную фазу нагревом. В результате превращения происходит изменение микроструктуры металла, что может вызывать изменение его механических свойств.
Микроструктура мартенсита представляет собой тонкопластинчатую структуру, которая может быть видна под микроскопом. Отличительным признаком мартенситного превращения является возникновение мартенситных участков вдоль определенных направлений внутри структуры металла.
Процесс мартенситного превращения может влиять на механические свойства металла, такие как твердость, прочность и устойчивость к износу. Сталь, прошедшая мартенситное превращение, обладает повышенной твердостью и прочностью, что делает ее подходящей для различных применений, включая изготовление острых режущих инструментов, например ножей.
Однако процесс мартенситного превращения также может вызывать некоторые нежелательные эффекты, такие как появление внутренних напряжений, деформации материала и уменьшение его пластичности. Поэтому в некоторых случаях металлы подвергают специальной термической обработке после мартенситного превращения, чтобы устранить эти негативные эффекты и улучшить механические свойства материала.
Признаки мартенситного превращения
Мартенситное превращение характеризуется рядом основных признаков, которые позволяют его идентифицировать и изучать:
- Быстрое превращение. Мартенситное превращение происходит очень быстро, в течение долей секунды или даже быстрее. Это связано с фазовыми переходами в кристаллической структуре материала.
- Изменение формы. В результате мартенситного превращения материал меняет свою форму и объем. Это происходит из-за того, что атомы переупорядочиваются и перемещаются в кристаллической решетке.
- Упругое деформирование. Во время мартенситного превращения происходит упругое деформирование материала, что приводит к его прогибу или сжатию. Это связано с изменением интератомного расстояния и напряженности упругих связей в кристаллической решетке.
- Двусторонняя трансформация. Мартенситное превращение может происходить как при охлаждении, так и при нагревании материала. Это зависит от конкретного состава и структуры материала.
- Упрочнение материала. В результате мартенситного превращения материал становится более твердым и прочным. Это связано с изменением кристаллической решетки и упорядочением атомов в ней.
Изучение признаков мартенситного превращения позволяет понять его механизмы и свойства, что имеет важное практическое значение для разработки новых материалов и технологий.
Формирование мартенситной структуры
- Изотермическое превращение — превращение происходит при постоянной температуре и достигает наибольшей скорости при максимальном перепаде концентрации аустенита.
- Диффузионное превращение — процесс превращения осуществляется за счет диффузии атомов, что означает перемещение атомов из одного положения в другое.
- Мартенситное превращение не включает перераспределение углерода и других легирующих элементов между фазами.
- Структура мартенсита обладает высокой твердостью, но низкой пластичностью.
Формирование мартенситной структуры происходит благодаря сложному химическому и структурному превращению в металле. При охлаждении аустенитной фазы происходит изменение кристаллической структуры, что приводит к образованию мартенситных пластин. Эти пластинки имеют центр симметрии, а их ориентация может рассматриваться как суперпозиция двойниковых пластических деформаций.
Типы мартенситного превращения
Вот некоторые из основных типов мартенситного превращения:
| Тип мартенситного превращения | Описание |
|---|---|
| Аустенитный мартенсит | Происходит из аустенитной структуры при быстром охлаждении |
| Ферритный мартенсит | Происходит из ферритной структуры при быстром охлаждении |
| Cс-мартенсит (тетрагональное) | Является основным типом мартенсита в большинстве сталей |
| BCс-мартенсит (тетрагональное) | Образуется в бинарных и тернарных титановых сплавах |
| BCс-мартенсит (мартенситное кубическое) | Образуется в некоторых нержавеющих сталях и никелевых сплавах |
| Гамма’-мартенсит | Специфичен для некоторых твердых растворов никелевых и железных сплавов |
Каждый из этих типов мартенситного превращения имеет свои уникальные особенности и свойства, определяющие его поведение и использование в различных применениях.
Эффекты от мартенситного превращения
Мартенситное превращение обладает несколькими характерными эффектами:
| 1. | Изменение структуры |
| 2. | Изменение механических свойств |
| 3. | Изменение магнитных свойств |
Первый эффект, связанный с мартенситным превращением, заключается в изменении структуры материала. При этом происходит переход от упорядоченной решетки аустенита к дефектной тетрагонально-центрированной решетке мартенсита. Это приводит к наличию микроструктуры в виде игольчатых или пластинчатых элементов, что вносит изменения в физические свойства материала.
Второй эффект связан с изменением механических свойств. Мартенситное превращение обычно сопровождается увеличением твердости и прочности материала. Это связано с образованием мелкозернистой структуры и перестройкой межатомных связей в результате превращения. Таким образом, материал становится более упругим и менее подверженным пластической деформации.
Третий эффект, связанный с мартенситным превращением, проявляется в изменении магнитных свойств материала. В мартенситных сплавах наблюдается магнитное отжигание, то есть изменение магнитной структуры при определенных условиях температуры и магнитного поля. Это связано с перестройкой электронной структуры в процессе мартенситного превращения.
Таким образом, эффекты от мартенситного превращения включают изменение структуры, механических свойств и магнитных свойств материала. Эти эффекты имеют важное практическое значение при проектировании и использовании материалов, так как позволяют получить материалы с уникальными свойствами.