ЗАО «Камышинский литейно-ферросплавный завод»

 О ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ СКОРОСТИ ПРЕВРАЩЕНИЯ


Установление термодинамической причины превращения привело к заключению, что и образование зародышей не является атермическим процессом, т. е. что скорость образования зародышей, как и всех других превращений, должна зависеть от энергии тепловых колебаний атомов.


Детальные исследования мартенситного превращения при температурах ниже комнатной действительно привели к обнаружению температурной зависимости скорости превращения аМ. Оказалось, что в этой области температур исчезают некоторые явления, которые считались характерными для мартенситного превращения. Было установлено, что: 1) превращение здесь может длительное время протекать изотермически; 2) скорость превращения зависит от температуры и уменьшается с ее понижением ; 3) превращение может быть подавлено полностью путем быстрого охлаждения до температуры жидкого азота; 4) аустенит, переохлажденный быстрым охлаждением до температуры жидкого азота, превращается в мартенсит при нагреве до комнатной температуры со скоростью, зависящей от температуры.


Вместе с тем было показано, что и в этой области температур сохраняются следующие характерные черты мартенситного превращения: 1) кристаллы мартенсита в стали растут с огромной скоростью и при низкой температуре; 2) превращение аустенита в мартенсит распространяется на область температур, при остановке охлаждения превращается только некоторая часть аустенита, изотермическое превращение затухает и прекращается, а дальнейшее превращение протекает лишь при более низкой температуре.
Температурная зависимость скорости превращения определяется температурной зависимостью скорости образования зародышей мартенсита, а прекращение изотермического превращения —прекращением образования зародышей, способных расти при данной температуре. Возможность переохлаждения аустенита некоторых сталей до температуры жидкого азота указывает на то, что при малой вибрационной энергии атомов образования зародышей не происходит. Превращение, однако, начинается при нагреве, как только энергия тепловых колебаний становится достаточно большой. Оно протекает тем быстрее, чем выше температура, т. е. чем выше эта энергия, что свидетельствует о термическом характере образования зародышей.


Важным для понимания природы превращения является то, что температурная зависимость скорости образования зародышей имеет такой же характер, как и во всех других фазовых превращениях : скорость изотермического превращения ниже мартенситной точки сначала растет при понижении температуры», достигает максимума, а затем понижается. Однако измерить скорость изотермического превращения во всей области температур не удается, если мартенситная точка не находится на достаточно низком уровне. Скорость превращения на нисходящей ветви кривой температурной зависимости скорости легко измеряется при температурах ниже минус 50°. При более высоких температурах энергия тепловых колебаний становится уже настолько большой, что при остановке охлаждения в этой области в короткий промежуток времени реализуются все зародыши, которые могут образоваться при данной температуре.


На восходящей ветви кривой медленное образование зародышей происходит немного ниже мартенситной точки, а при охлаждении на несколько десятков градусов ниже точки Мн скорость процесса становится неизмеримо большой. Малая скорость превращения вблизи мартенситной точки обусловливается большим размером критического зародыша, т. е. необходимостью возникновения больших термических флуктуации. При удалении от точки Ми работа образования зародышей быстро уменьшается и скорость превращения растет. Поэтому для обычных сталей изотермическое превращение АМ наблюдается только в районе несколько ниже точки Мн и в районе ниже минус 50°. В промежутке имеется область температур, в которой изотермическое превращение протекает с большой скоростью.


При температурах ниже минус 50° фактором, определяющим малую скорость образования зародышей и возможность наблюдения изотермического превращения, является малая энергия тепловых колебаний; действие этого фактора усиливается при понижении температуры. В области же температур около точки М фактором, делающим возможным наблюдение изотермического превращения, является большая работа образования зародышей: действие этого фактора уменьшается при увеличении переохлаждения.
С помощью понижения точки М" можно переместить область температур существенного действия второго фактора в район температур вблизи комнатной и сделать возможным измерение скорости изотермического превращения b ее максимуме. В этом случае отсутствует область с кажущимся атермическим характером превращения. Кривая зависимости скорости превращения от температуры приобретает нормальный характер.
Большая скорость образования зародышей при таких низких температурах, как комнатная, при которой диффузионные процессы заморожены, определяется тем, то необходимые для образования зародыша мартенсита атомные перемещения требуют меньшей энергии активации. Последнее, по-видимому, связано с малыми относительными перемещениями атомов и упорядоченным характером этих перемещений при возникновении мартенситного зародыша.


Малая скорость образования зародышей и наряду с этим огромная скорость роста кристаллов мартенсита при температурах значительно ниже комнатной указывают на то, что при росте кристаллов мартенсита требуется очень малая энергия активации, т. е. преодоление очень малых барьеров. По-видимому, величина барьеров уменьшается в процессе роста кристаллов в связи с возникновением напряжений на границе растущего кристалла. Поэтому на начальных стадиях скорость роста кристаллов может быть и не столь большой, какой она становится уже при видимых в микроскоп размерах кристалла.
Напряжения могут действовать неодинаково в направлениях в плоскости пластины мартенсита и в направлениях ей перпендикулярных. В последнем случае они могут приводить к повышению барьеров и замедлению процесса роста.