Мартенсит это: Мартенсит | это… Что такое Мартенсит?
Содержание
Мартенсит | это… Что такое Мартенсит?
Мартенсит — микроструктура игольчатого (пластинчатого) вида, а также реечного (пакетного) наблюдаемая в закалённых металлических сплавах и в некоторых чистых металлах, которым свойственен полиморфизм. Мартенсит — основная структурная составляющая закалённой стали; представляет собой упорядоченный пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе такой же концентрации, как у исходного аустенита. С превращением мартенсита при нагреве и охлаждении связан эффект памяти металлов и сплавов. Назван в честь немецкого металловеда Адольфа Мартенса.
микроструктура мартенсита
Содержание
|
Образование
Физический механизм образования мартенсита принципиально отличается от механизма других процессов, происходящих в стали при нагреве и охлаждении.
Другие процессы диффузионны, то есть атомы перемещаются с малой скоростью, например, при медленном охлаждении аустенита создаются зародыши кристаллов феррита и цементита, к ним в результате диффузии пристраиваются дополнительные атомы и, наконец, весь объём приобретает перлитную или феррито-перлитную структуру. Мартенситное превращение бездиффузионно (сдвиговое превращение), атомы перемещаются с большой скоростью по сдвиговому механизму, скорость распространения порядка тысячи метров в секунду.
Структура и свойства
Кристаллическая структура мартенсита тетрагональна, элементарная ячейка имеет форму прямоугольного параллелепипеда, атомы железа расположены в вершинах и центре ячейки, атомы углерода в объёме ячеек. Структура неравновесна, и в ней есть большие внутренние напряжения, что в значительной степени определяет высокую твёрдость и прочность сталей с мартенситной структурой.
При нагреве сталей с мартенситной структурой происходит диффузионное перераспределение атомов углерода.
В стали возникают две фазы — феррит, содержащий очень мало углерода (до 0,02 %) и цементит (6,67 % углерода). Элементарная ячейка феррита имеет форму куба, атомы железа расположены в вершинах и в центре куба (объемноцентрированная структура), цементит имеет ромбическую структуру. Элементарная ячейка цементита имеет форму прямоугольного параллелепипеда.
Кристаллическая решётка мартенсита связана постоянными кристаллографическими соотношениями с решёткой исходной структуры аустенита, то есть плоскости с определёнными кристаллографическими индексами в структуре мартенсита параллельны плоскостям с определёнными индексами в структуре аустенита. Соотношение между кристаллографическими направлениями в решётках мартенсита и аустенита аналогично.
Виды мартенсита
1. Пластинчатый (двойниковый) мартенсит, который образуется в углеродистых и легированных сталях при температуре начала мартенситного превращения ниже 200 °C. При этом образовавшиеся мартенситные пластины имеют среднюю линию повышенной травимости, которую называют мидрибом.
Мидриб состоит из большого числа двойников по плоскостям {112}, толщина которых составляет 5-30 нм.
2. Реечный (дислокационный) мартенсит, характерен для малоуглеродистых, среднеуглеродистых и высоколегированных сталей, для которых температура начала мартенситного превращения выше 300 °C. В этом случае кристаллы мартенсита представляют собой тонкие рейки толщиной 0,2-2 мкм и вытянутые в одном направлении. Сосредоточение параллельных друг другу реек образуют пакеты. Между собой рейки разделены тонкими прослойками остаточного аустенита толщиной 10-20 нм.
Образование того или иного структурного типа мартенсита обусловлено температурой его формирования, которая зависит от состава сплава и других факторов. Значительный интервал между температурой начала и конца мартенситного превращения приводит к наличию в сталях двух типов мартенсита, которые образуются при различной температуре. Низкая прочность аустенита при высокой температуре способствует образованию реечного мартенсита, а с понижением температуры, когда прочность аустенита выше, увеличивается доля пластинчатого мартенсита[1].
Так же существуют низкоуглеродистые мартенситные стали, в которых образуется мартенсит только реечного типа и отсутствует остаточный аустенит. Температура начала мартенситного превращения у таких сталей порядка 400 градусов Цельсия. Реечный мартенсит обладает повышенной релаксационной способностью.
Мартенситное превращение
Основная статья: Мартенситное превращение
Мартенситное превращение при охлаждении происходит не при постоянной температуре, а в определённом интервале температур, при этом превращение начинается не при температуре распада аустенита в равновесных условиях, а несколькими сотнями градусов ниже. Оканчивается превращение при температуре значительно ниже комнатной. Таким образом, в интервале температур мартенситного превращения в структуре стали, наряду с мартенситом, есть и остаточный аустенит.
При пластической деформации стали при температурах мартенситного превращения количество мартенсита увеличивается. В некоторых случаях также влияет упругая деформация.
Возможно превращение аустенита в мартенсит при комнатных температурах под действием пластической деформации.
Кроме железоуглеродистых сплавов, мартенситное превращение наблюдается и в некоторых других, например, сплавах на основе титана (сплавы типа ВТ6, ВТ8, ВТ14), меди (бронзы типа БрАМц 9-3).
Примечания
- ↑ Гуляев А. П. Металловедение. — Металлургия, 1986. — С. 232-235. — 544 с.
См. также
- Распад мартенсита
- Тростомартенсит
Ссылки
- Энциклопедия «Кругосвет» [1]
- Зотов О. Г., Кисельников В. В., Кондратьев С. Ю. Физическое металловедение. СПБГТУ, 2001
- Б. А. Вилби и И. В. Христиан. Мартенситные превращения // Успехи физических наук, т. LXX, вып. 3, 1960
- О.Н.Магницкий,Е.Н.Пряхин,С.А.Кутолин,А.С.Капран,К.Л.Комаров,Ю.А.Фролов.Моделирование на ЭВМ свойств твердых растворов железо — углерод как функции электронного строения легирующих компонентов и их состава.II.Прогнозирование физико — механических свойств твердых растворов альфа-железо — углерод(область мартенсита) ЭВМ.
-Ж.физ.химии,1982.-т.56,№12,с.3026-3029.- Chem.Abstr.,v.98,147571u,1983.
-Ж.физ.химии,1982.-т.56,№12,с.3026-3029.- Chem.Abstr.,v.98,147571u,1983.Мартенсит | это… Что такое Мартенсит?
Мартенсит — микроструктура игольчатого (пластинчатого) вида, а также реечного (пакетного) наблюдаемая в закалённых металлических сплавах и в некоторых чистых металлах, которым свойственен полиморфизм. Мартенсит — основная структурная составляющая закалённой стали; представляет собой упорядоченный пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе такой же концентрации, как у исходного аустенита. С превращением мартенсита при нагреве и охлаждении связан эффект памяти металлов и сплавов. Назван в честь немецкого металловеда Адольфа Мартенса.
микроструктура мартенсита
Содержание
|
Образование
Физический механизм образования мартенсита принципиально отличается от механизма других процессов, происходящих в стали при нагреве и охлаждении.
Другие процессы диффузионны, то есть атомы перемещаются с малой скоростью, например, при медленном охлаждении аустенита создаются зародыши кристаллов феррита и цементита, к ним в результате диффузии пристраиваются дополнительные атомы и, наконец, весь объём приобретает перлитную или феррито-перлитную структуру. Мартенситное превращение бездиффузионно (сдвиговое превращение), атомы перемещаются с большой скоростью по сдвиговому механизму, скорость распространения порядка тысячи метров в секунду.
Структура и свойства
Кристаллическая структура мартенсита тетрагональна, элементарная ячейка имеет форму прямоугольного параллелепипеда, атомы железа расположены в вершинах и центре ячейки, атомы углерода в объёме ячеек. Структура неравновесна, и в ней есть большие внутренние напряжения, что в значительной степени определяет высокую твёрдость и прочность сталей с мартенситной структурой.
При нагреве сталей с мартенситной структурой происходит диффузионное перераспределение атомов углерода.
В стали возникают две фазы — феррит, содержащий очень мало углерода (до 0,02 %) и цементит (6,67 % углерода). Элементарная ячейка феррита имеет форму куба, атомы железа расположены в вершинах и в центре куба (объемноцентрированная структура), цементит имеет ромбическую структуру. Элементарная ячейка цементита имеет форму прямоугольного параллелепипеда.
Кристаллическая решётка мартенсита связана постоянными кристаллографическими соотношениями с решёткой исходной структуры аустенита, то есть плоскости с определёнными кристаллографическими индексами в структуре мартенсита параллельны плоскостям с определёнными индексами в структуре аустенита. Соотношение между кристаллографическими направлениями в решётках мартенсита и аустенита аналогично.
Виды мартенсита
1. Пластинчатый (двойниковый) мартенсит, который образуется в углеродистых и легированных сталях при температуре начала мартенситного превращения ниже 200 °C. При этом образовавшиеся мартенситные пластины имеют среднюю линию повышенной травимости, которую называют мидрибом.
Мидриб состоит из большого числа двойников по плоскостям {112}, толщина которых составляет 5-30 нм.
2. Реечный (дислокационный) мартенсит, характерен для малоуглеродистых, среднеуглеродистых и высоколегированных сталей, для которых температура начала мартенситного превращения выше 300 °C. В этом случае кристаллы мартенсита представляют собой тонкие рейки толщиной 0,2-2 мкм и вытянутые в одном направлении. Сосредоточение параллельных друг другу реек образуют пакеты. Между собой рейки разделены тонкими прослойками остаточного аустенита толщиной 10-20 нм.
Образование того или иного структурного типа мартенсита обусловлено температурой его формирования, которая зависит от состава сплава и других факторов. Значительный интервал между температурой начала и конца мартенситного превращения приводит к наличию в сталях двух типов мартенсита, которые образуются при различной температуре. Низкая прочность аустенита при высокой температуре способствует образованию реечного мартенсита, а с понижением температуры, когда прочность аустенита выше, увеличивается доля пластинчатого мартенсита[1].
Так же существуют низкоуглеродистые мартенситные стали, в которых образуется мартенсит только реечного типа и отсутствует остаточный аустенит. Температура начала мартенситного превращения у таких сталей порядка 400 градусов Цельсия. Реечный мартенсит обладает повышенной релаксационной способностью.
Мартенситное превращение
Основная статья: Мартенситное превращение
Мартенситное превращение при охлаждении происходит не при постоянной температуре, а в определённом интервале температур, при этом превращение начинается не при температуре распада аустенита в равновесных условиях, а несколькими сотнями градусов ниже. Оканчивается превращение при температуре значительно ниже комнатной. Таким образом, в интервале температур мартенситного превращения в структуре стали, наряду с мартенситом, есть и остаточный аустенит.
При пластической деформации стали при температурах мартенситного превращения количество мартенсита увеличивается. В некоторых случаях также влияет упругая деформация.
Возможно превращение аустенита в мартенсит при комнатных температурах под действием пластической деформации.
Кроме железоуглеродистых сплавов, мартенситное превращение наблюдается и в некоторых других, например, сплавах на основе титана (сплавы типа ВТ6, ВТ8, ВТ14), меди (бронзы типа БрАМц 9-3).
Примечания
- ↑ Гуляев А. П. Металловедение. — Металлургия, 1986. — С. 232-235. — 544 с.
См. также
- Распад мартенсита
- Тростомартенсит
Ссылки
- Энциклопедия «Кругосвет» [1]
- Зотов О. Г., Кисельников В. В., Кондратьев С. Ю. Физическое металловедение. СПБГТУ, 2001
- Б. А. Вилби и И. В. Христиан. Мартенситные превращения // Успехи физических наук, т. LXX, вып. 3, 1960
- О.Н.Магницкий,Е.Н.Пряхин,С.А.Кутолин,А.С.Капран,К.Л.Комаров,Ю.А.Фролов.Моделирование на ЭВМ свойств твердых растворов железо — углерод как функции электронного строения легирующих компонентов и их состава.II.Прогнозирование физико — механических свойств твердых растворов альфа-железо — углерод(область мартенсита) ЭВМ. -Ж.физ.химии,1982.-т.56,№12,с.3026-3029.- Chem.Abstr.,v.98,147571u,1983.
-Ж.физ.химии,1982.-т.56,№12,с.3026-3029.- Chem.Abstr.,v.98,147571u,1983.nglos324 — мартенсит
nglos324 — мартенсит
| |||||||||||
| Мартенсит представляет собой метастабильный твердый раствор внедрения углерода в железе.  Он формируетсякогда аустенит быстро закаливается до комнатной температуры и может иметь ОЦК структура при низких концентрациях углерода или объемно-центрированная тетрагональная структура при высоких концентрациях углерода. Мартенситное превращение включает сдвиг решетки и может происходить со скоростью звука. Потому что На фотографии показана микроструктура мартенсита в | |||||||||||
| От кого: Флинн и Троян, «Машиностроение Материалы и их применение».  Хоутон Миффлин (1986) | |||||||||||
Мартенсит , названный в честь немецкого металлурга Адольфа Мартенса (1850–1914), представляет собой любую кристаллическую структуру, которая образуется путем преобразования смещения, в отличие от гораздо более медленных диффузионных превращений. Он включает класс твердых минералов, встречающихся в виде решетчатых или пластинчатых кристаллических зерен. При осмотре в поперечном сечении чечевицеобразные (линзовидные) кристаллические зерна кажутся игольчатыми (игольчатыми), как их иногда неправильно описывают. «Мартенсит» чаще всего относится к очень твердому компоненту стали (сплав железа и углерода), важному для некоторых инструментальных сталей. Мартенсит образуется при быстром охлаждении (закалке) аустенита, который захватывает атомы углерода, не успевающие диффундировать из кристаллической структуры. В 1890-х годах Мартенс исследовал образцы различных сталей под микроскопом и обнаружил, что самые твердые стали имеют правильную кристаллическую структуру. Он был первым, кто объяснил причину сильно различающихся механических свойств сталей. С тех пор мартенситные структуры были обнаружены во многих других практических материалах, включая сплавы с памятью формы и термоупрочненную керамику. Мартенсит имеет другую кристаллическую структуру (тетрагональную), чем гранецентрированный кубический аустенит, из которого он образован, но идентичный химический состав или состав сплава. Переход между этими двумя структурами требует очень малой энергии термической активации, потому что он происходит смещающим или мартенситным путем тонкой, но быстрой перестройки атомных положений, и, как известно, происходит даже при криогенных температурах. Мартенсит имеет меньшую плотность, чем аустенит, поэтому мартенситное превращение приводит к относительному изменению объема: [1] это хорошо видно на японской катане, которая прямо перед закалкой. Мартенсит не показан на диаграмме состояния равновесия системы железо-углерод, потому что это метастабильная фаза, кинетический продукт быстрого охлаждения стали, содержащей достаточное количество углерода. Поскольку химические процессы (достижение равновесия) ускоряются при более высокой температуре, мартенсит легко разрушается при подводе тепла. Этот процесс называется темперированием. В некоторых сплавах эффект снижается за счет добавления таких элементов, как вольфрам, которые мешают зародышеобразованию цементита, но чаще вместо этого используется это явление. Поскольку закалку трудно контролировать, многие стали подвергают закалке для получения избытка мартенсита, а затем отпуску для постепенного снижения его концентрации до тех пор, пока не будет достигнута правильная структура для предполагаемого применения. Дополнительные рекомендуемые знания
Мартенситное превращение: объяснение загадочных свойств Разница между аустенитом и мартенситом в некотором роде весьма мала: в то время как элементарная ячейка аустенита в среднем представляет собой совершенный маленький кубик, превращение в мартенсит приводит к тому, что этот кубик искажается межузельными атомами углерода, которые не успевают рассеиваться во время преобразования смещения, так что он становится немного длиннее, чем раньше, в одном измерении и немного короче в двух других. Математическое описание этих двух структур сильно различается по причинам симметрии (см. Объяснение связано с тонким изменением размеров кристалла. Даже микроскопический кристаллит имеет длину в миллионы элементарных ячеек. Поскольку все эти блоки обращены в одном и том же направлении, искажения даже в доли процента превращаются в серьезное несоответствие между соседними материалами. Несоответствие устраняется созданием множества кристаллических дефектов в процессе, напоминающем деформационное упрочнение. Как и в нагартованной стали, эти дефекты препятствуют организованному скольжению атомов относительно друг друга, в результате чего материал становится тверже. Сплав с памятью формы также обладает удивительными механическими свойствами, которые в конечном итоге были объяснены аналогией с мартенситом. В отличие от системы железо-углерод, в системе никель-титан можно выбирать сплавы, которые делают «мартенситную» фазу термодинамически стабильной.  |
Дифференциальная закалка приводит к образованию мартенсита преимущественно на кромке лезвия, а не на задней части; по мере расширения края лезвие приобретает плавно изогнутую форму.
Слишком много мартенсита делает сталь хрупкой, слишком мало — мягкой.
внешние ссылки), но химическая связь остается очень похожей. В отличие от цементита, который имеет связь, напоминающую керамические материалы, твердость мартенсита трудно объяснить с химической точки зрения.