Мартенсит – это фаза, которая формируется в сплавах при охлаждении с высокой скоростью. Мартенситное превращение может происходить в сталях и цветных сплавах. В разных сплавах мартенсит выглядит по-разному.

Самый красивый мартенсит формируется в чугуне при быстром охлаждении. Такой мартенсит показан на рис.1. Это зона сплавления стали 45 и чугуна. Температура в зоне контакта была настолько высока, что в ней сформировался аустенит, который потом в результате быстрого охлаждения превратился в мартенсит. В верхней части снимка - мартенсит в чугуне, в нижней - мартенсит в стали 45. Чугун содержит 3,3% углерода, следовательно мартенсит в таком чугуне высокоуглеродистый. В стали 45 углерода меньше и иглы мартенсита мельче (низкоуглеродистый мартенсит). Серые включения - это пластинчатый графит, белый фон - остаточный аустенит.

Рисунок 1. Мартенсит в зоне сплавления стали 45 и чугуна СЧ20.

Вид мартенсита зависит от состава сплава, от режима закалки, от состава травителя, которым выявляли микроструктуру и от некоторых других факторов. На рисунке 2 показан мартенсит в легированном чугуне. Синей стрелкой отмечен ледебурит, красной – иглы мартенсита.

Рисунок 2. Иглы мартенсита в хромистом чугуне; 2000^х

Мартенсит в чугуне - это не удивительно. Сколько бы ни было углерода в чугуне, выше линии PSK (по диаграмме состояния железо-углерод) всегда есть свободный аустенит (доэвтектический чугун), а также аустенит, который входит в состав ледебурита. При медленном охлаждении при переходе через линию перлитного превращения этот аустенит закономерно превратится в перлит. Если скорость охлаждения равна или выше критической, то аустенит превратится в мартенсит. При увеличении 800^х мартенсит в чугуне может выглядеть так:

Рисунок 3. Мартенсит в наплавленном слое чугуна; нагрев ТВЧ, закалка в воду.

В принципе, охлаждение в воде совсем не обязательно для образования мартенсита. Главное - задать определенную скорость охлаждения. Охлаждение может произойти отводом тепла вглубь образца, так сказать «на массу». На рис.4 показан чугун (феррито-перлитный, с шаровидным графитом) после воздействия на поверхность лазерного излучения. Верхняя зона, которая подверглась оплавлению при воздействии лазера, имеет структуру литого доэвтектического чугуна. Ниже располагается слой мартенсита (красная стрелка) и остаточного аустенита (синяя стрелка). В этой зоне (нагревшейся до температуры ниже температуры плавления) скорость охлаждения оказалась достаточной для превращения аустенита в мартенсит. Кстати, в мартенсит превратились участки, в которых до обработки был перлит. В этой зоне видны также феррит и графит.

Рисунок 4. Структура чугуна после обработки поверхности лазером.

На рисунке 5 показан упрочненный слой, сформировавшийся на поверхности стали после обработки лазером. В слое видны мартенситные иглы (зеленого цвета), а также аустенит (светлый фон).

Рисунок 5. Мартенсит в поверхностном слое стали после лазерного воздействия.

В различных сталях мартенсит выглядит по-разному. Мартенсит в подшипниковой стали столь мелкий, что при исследовании в оптическом микроскопе неразличим.Такой мартенсит называют «скрытоигольчатый мартенсит» (рис.6,а).

а	б

Рисунок 6. а -  Скрытоигольчатый мартенсит в подшипниковой стали, закалка, отпуск; б - Мартенсит в стали 65Г; закалка, отпуск.

Мартенсит в стали 65Г различим при увеличении 400^х (рис.6,б). Иглы мартенсита дают возможность оценить размеры бывшего аустенитного зерна. Мартенсит отпуска в различных сталях представлен на рис.7. 

а	б

Рисунок 7. а -  Мартенсит отпуска в стали 12ХН3А; б - сталь 45 , мартенсит и карбиды

Управляя процессом нагрева и охлаждения, можно создать мартенсит в определенном участке детали, не обязательно на поверхности (рис.8 ).

Рисунок 8. Формирование мартенсита на участке структуры (деталь-толкатель).