Металловедение. Механические свойства мартенсита.

Характерной особенностью мартенсита в сталях является его высокая прочность, но низкая пластичность и вязкость. Существует ряд точек зрения о причинах высокой прочности и хрупкости мартенсита. Считают, что высокая прочность этой фазы связана с искажением кристаллической решетки, высокими внутренними напряжениями, наличием избыточных атомов углерода в решетке и высокой плотностью дислокаций.

Как уже было указано, плотность дислокаций в мартенсите составляет ≈ 10¹¹ + 10¹² см^-2, что примерно соответствует плотности дислокаций в сильно деформированном железе. Однако твердость мартенсита в стали весьма существенно превышает значение этой величины для наклепанного железа. Причем, твердость мартенсита резко повышается с увеличением концентрации углерода в стали, рис.1.

Наблюдаемое на этом рисунке снижение твердости стали при содержании углерода превышающем ≈0.9% связано не с разупрочнением мартенсита, а с присутствием остаточного аустенита в структуре, количество которого увеличивается по мере роста концентрации углерода в стали. Анализ влияния указанных выше факторов на прочность мартенсита показывает, что решающую роль в упрочнении мартенсита играют: высокая плотность дислокаций и присутствующий в α-твердом растворе углерод, блокирующий дислокации путем образования атмосфер Коттрелла. Установлено, что между пределом текучести мартенсита и концентрацией в нем углерода выполняется следующая зависимость:

σ_т = σ₁ + mcⁿ,

где  σ₁ = σ₀ + kd^-1/2 – величина, характеризующая упрочнение за счет субструктуры;

m – мера взаимодействия атомов углерода с дислокациями;

n – параметр, характеризующий межуглеродное взаимодействие вдоль линии дислокации;

d —  расстояние между стенками дислокационных ячеек;

k – постоянная;

c – концентрация углерода;

σ₀ – напряжение трения для чистого железа при отсутствии стенок.

Данное уравнение хорошо выполняется при содержании углерода в стали, не превышающем ≈ 0.2%.

Низкая пластичность и вязкость мартенсита также обусловлена малой подвижностью дислокаций вследствие закрепления их атмосферами из атомов углерода. В этих условиях затрудняется релаксация напряжений у вершины хрупкой трещины, благодаря чему снижается сопротивление мартенсита распространению трещины.

Поделитесь этим материалом: