Превращение аустенита при закалке

Скорость охлаждения V₄ ≈ 600 °С/с, т. е. превышает критическую. Аустенит пре­вращается в мартенсит закалки: Fe_γ(C)→ Fe_α(C).

Превращение является бездиффузионным, т. к. перемещение атомов не превышает межатомного расстояния. Содержание углерода в исходном и образовавшемся твёрдых растворах не изменяется. Образуемая структура – мартенсит закалки – пересыщенный твёрдый раствор углерода в Fe_α. Гранецентрированная кубическая решетка аустенита перестраивается в тетрагональную решетку мартенсита – искаженную кубическую решетку Fe_α. Степень искажения решетки зависит от содержания углерода в стали и определяет понятие закаливаемость стали – способность упрочняться при закалке.

Рис. 5.3. Зависимость твёрдости мартенсита от содержания углерода в стали:
1 – закалка от температуры выше Ас₃, А_ст , 2 – твердость мартенсита,
3 – закалка от температуры выше Ас₁

 

Мартенсит обеспечивает сталям наибольшую твердость при конкретном содержании углерода не только за счёт искажений кристаллической решетки железа внедрёнными атомами углерода, но и за счёт значительной измельченности кристаллов мартенсита (рис. 5.3). Однако увеличение содержания углерода снижает ударную вязкость стали до минимальных значений (КСU < 0,1 МДж/м²), поэтому после закалки на мартенсит выполняется операция термической обработки для повышения вязкости стали – отпуск.

Отпуск стали – это нагрев стали до температуры ниже линии А₁
(см. рис. 5.1б), выдержка при этой температуре и последующее охлаждение на спокойном воздухе до комнатной температуры. В процессе отпуска неравновесное состояние – мартенсит закалки – претерпевает диффузионное превращение и переходит в более устойчивое состояние.