К вопросу о природе мартенситообразования в углеродистых сталях

Abstract

Анализ характерных признаков мартенситообразования в углеродистых сталях даёт основание считать мартенсит метастабильной структурной составляющей, возникающей в результате протекания в аустените, переохлажденном ниже точки Мн, бездиффузионной релаксации термоупругих напряжений сдвигом, сопровождаемой одновременной генерацией акустических волн и тепловыделением. Точка начала мартенситообразования Мн является температурой, при охлаждении до которой термоупругие напряжения, обусловленные высоким коэффициентом термического расширения аустенита при закалке, оказываются соизмеримыми с упругими свойствами аустенита, охлаждённого до той же температуры. Мартенситообразование является фазовым переходом второго рода, что находится в полном согласии со взглядами С. С. Штейнберга на его механизм. Следует разделять мартенситы в сталях с углеродом и мартенситы в безуглеродистых сплавах с элементами внедрения. Сходные по генезису, они существенно отличаются по механизму приближения к равновесному состоянию при нагреве. Обратимость, существование гистерезиса при прямом и обратном переходах, эффект памяти формы, сверхупругость и др., которые реализуются повсеместно в сплавах замещения, в углеродистом мартенсите принципиально невозможны.

Аналіз характерних ознак мартенситоутворення у вуглецевих сталях дозволяє вважати мартенсит метастабільною складовою, яка виникає в результаті перебігу в аустеніті, переохолодженому нижче точки Мн, бездифузійної релаксації зсувом термопружніх напружень, яка супроводжується одночасною ґенерацією акустичних хвиль та тепловиділенням. Точка початку мартенситоутворення Мн є температурою, при охолодженні до якої термопружні напруження, які зумовлені високим коефіцієнтом термічного розширення аустеніту при гартуванні, сягають такої ж величини, як і пружні властивості аустеніту, охолодженого до тієї ж температури. Мартенситоутворення є фазовим переходом другого роду, що відповідає поглядам С. С. Штейнберґа на його механізм. Можна розділити мартенсити в сталях з вуглецем та мартенсити в стопах з елементами втілення. Подібні за ґенезисом, вони істотно відрізняються за механізмами наближення до рівноважного стану при нагріванні. Зворотність, існування гістерези при прямому та зворотньому переходах, ефект пам’яті форми, надпружність та ін., які завжди реалізуються у стопах заміщення, у вуглецевому мартенситі є принципово неможливими.

The analysis of features of martensite formation in carbon steels allows assuming that the martensite is the metastable structural constituent arising as a result of diffusionless relaxation of thermoelastic stresses by a shift, which is accompanied by both the simultaneous generation of acoustic waves and the heat-evolution, in an austenite supercooled below the Mn point. A point of beginning of martensite formation, Mn, under cooling is a temperature, below which the thermoelastic stresses conditioned by the high coefficient of thermal expansion of austenite under quenching are commensurable with elastic properties of austenite cooled to the same temperature. Martensite formation is a phase transition of the second kind that is in a complete agreement with S. S. Shteynberg ideas. It is necessary to distinct the martensites in steels with a carbon and the martensites in carbon-free alloys with the interstitial components. They are similar in genesis, but substantially differ by the mechanism of approaching to the equilibrium state under heating. Reciprocity, presence of hysteresis in direct and reverse transitions, shape memory effect, hyperelasticity etc. are realized everywhere in the substitutional alloys, but in a carbon martensite they are impossible in principle.