Файл: Физические основы электротермического упрочнения стали..pdf

Рассматриваемая тонкая (блочная) субмикроструктура мар­ тенсита малоуглеродистой стали, по-видимому, имеет важное зна­ чение для объяснения механических свойств такой стали, и в част­ ности более высокой вязкости и меньшей склонности к хрупкому разрушению по сравнению с высокоуглеродистой сталью. Дейст­ вительно, у малоуглеродистого мартенсита хорошо развитая блоч­ ная субмикроструктура вносит существенный вклад в упрочнение. Это следует из данных о прочностных свойствах мартенсита почти безуглеродистых сплавов железа [180]. В то же время в малоугле­ родистом мартенсите упрочняющее влияние углерода, количество

Рис. 82. Схема строения кристалла мартенсита ма­ лоуглеродистой стали.

которого невелико, значительно слабее, чем в высокоуглеродистом мартенсите. Такое сочетание двух упрочняющих факторов благо­ приятствует снижению хладноломкости стали. В мартенсите мало­ углеродистых сталей с 0,3—0,4% углерода наблюдается также не­ которое количество тонких внутренних двойников [184—186].

На основании исследований тонкой структуры закаленной ма­

порядка 400° С) начинается мартенситное превращение, в процес­ се которого в результате сдвига формируются кристаллы игольчато­ го мартенсита с дислокационной сеткой, являющейся следствием неоднородной деформации. Образовавшиеся кристаллы мартенси­ та подвергаются также дополнительным деформациям, вызванным взаимодействием соседних растущих мартенситных кристаллов. При этом дислокации в кристаллах перераспределяются. Поскольку дислокации, образующие сетки, прямые и могут лежать на одних и тех же кристаллографических плоскостях, возможно их взаимо­ действие. Если дислокации имеют одинаковые векторы Бюргерса, то в точках пересечения они могут аннигилировать. В этом случае происходит огибание точек пересечения. С другой стороны, если

две системы дислокаций имеют векторы Бюргерса ~ [111 ] и [ i l l ] , то они взаимодействуют, образуя короткий отрезок дислокаций

Эти представления явились серьезным шагом в выяснении природы мартенсита закаленной стали. Чрезвычайно высокая диффузион­ ная подвижность углерода в а-решетке приводит к тому, что в за­ каленной стали при комнатной температуре еще до начала распа­ да протекают процессы перемещения атомов углерода к дислока­ циям и другим дефектам [197, 198]. Имеющиеся в мартенсите дефекты могут поглотить значительное количество углерода (до 0,1—0,2%) [182]. «Дефектный» углерод не только снимает тетрагональность прилегающих к нему областей мартенсита, но и су­ щественно влияет на процессы отпуска закаленной стали, изменяя обычную картину карбидообразования при отпуске.

В кристаллах высокоуглеродистого мартенсита, как и мало­ углеродистого, при удачной ориентировке фольги наблюдается дислокационная сетка, образованная системой параллельных дис­ локаций. Контраст дислокаций сильно зависит от ориентировки фольги по отношению к падающему пучку электронов. При изме­ нении наклона фольги часто появляется новая система параллель­ ных дислокаций, ориентированных в другом направлении. Величи­ на плотности дислокаций, образующих сетку, в высокоуглеродис­ той стали составляет не менее 10й см~2. Дислокационная сетка наблюдалась на всех исследованных с помощью гониометра участ­ ках мартенситного кристалла. Кроме дислокационной сетки на многих участках кристалла имеются тонкие внутренние двойники.

двойника. Если пачка тонких двойников располагается параллель­ но электронному пучку, то контраст возникает, когда одна из ориен­ тировок (матрица или двойник) находится в более сильном отра­ жающем положении по сравнению с другой. При наклоне двойни­ ковых пластин по отношению к первичному пучку контраст может исчезнуть, так как первичный пучок пронизывает более одной двойниковой пластины. Величина критического угла, выше кото­ рого контраст двойников исчезает, колеблется в пределах 3—12° в зависимости от ширины двойников и толщины фольги. Малая ве­ личина угла наклона двойников по отношению к первичному пуч­

случаях исследовались при помощи гониометра, что позволяло вы­ являть двойники на тех участках образца, на которых они не видны при первичном просмотре фольги.

Тонкие двойники в кристаллах мартенсита, как правило, мож­ но выявить также по микродифракционной картине, где, наряду с рефлексами от основного кристалла, наблюдаются двойниковые рефлексы. Для индицирования дифракционной картины от двой­ никовых областей применялся аналитический расчет [199], при по"- мощи которого определялось положение всех двойниковых рефлек-

Показано, что с уменьшением толщины фольги уменьшалось количество возможных ориентировок мартенситных кристаллов от­ носительно исходного аустенита, причем реализовались главным образом те ориентировки, которые позволяли пластине мартенсита расти параллельно плоскости фольги. Какого-либо различия во внутренней структуре кристаллов мартенсита в массивном образце и тонкой фольге не наблюдалось. Субмикроструктура неотпущенного мартенсита носит блочный характер, размер блоков состав­ ляет примерно 100 А. Дислокационная сетка образована двумя си­ стемами дислокаций, ориентированными по [1П] и [121 \м, в основ­ ном винтовыми и краевыми дислокациями с вектором Бюргерса

-|~(Ш>м- Кроме линейных дефектов в мартенситном кристалле

наблюдаются тонкие прослойки с ГЦК решеткой, расположенные в плоскостях типа {100}, а также двойники системы {112} (111). Как правило, в каждом мартенситном кристалле представлен весь комплекс описанных дефектов, чем и обусловлены сложный дифрак­ ционный контраст на электронномикроскопическом изображении и не менее сложная дифракционная картина.

Не во всех случаях образования мартенсита в тонкой фольге наблюдавшаяся плотность дислокаций в мартенситных кристал­ лах была высокой. Если мартенсит образовался на тех участках тонкой фольги, которые не подвергались облучению пучком элект­ ронов до превращения, то во многих случаях плотность дислокаций в крупных кристаллах мартенсита была сравнительно низкой (по­

в процессе мартенситного превращения, возможен выход их на поверхность фольги непосредственно после превращения. Если об­ разец перед мартенситным превращением подвергается облучению пучком электронов, то образующийся на поверхности слой углево­ дородов препятствует выходу дислокаций на поверхность, и в этих случаях удается наблюдать все дислокации, появившиеся в кри­ сталле мартенсита в результате превращения [204].

Существенный вклад в изучение структуры мартенсита закален­ ной стали внесли Л. И. Лысак и его сотрудники. При помощи рентгеноструктурного анализа монокристаллов стали, содержащей 0,7% углерода и 7% марганца, непосредственно при температуре жид­ кого азота Л. И. Лысак и Я- Н. Вовк [205] обнаружили, что обра­ зующийся в этих условиях мартенсит имеет аномально низкое от­ ношение параметров с/а, причем параметр а увеличен. Но самым неожиданным оказалось постепенное превращение мартенсита с аномальной тетрагональной решеткой при последующем нагреве до комнатных температур в нормальный мартенсит со степенью тетрагональности, соответствующей содержанию углерода в стали. Поскольку сама по себе тетрагональность мартенситной решетки является результатом упорядоченного расположения атомов угле­ рода лишь в строго определенных октаэдрических порах решетки,