Khi làm nguội nhanh austenit sao cho vectơ biểu diễn tốc độ nguội của nó không cắt đường cong chữ C, lúc đó chỉ có chuyển biến đa hình từ Feγ sang Feαmà không có sự khuếch tán của cacbon. Đó là chuyển biến austenit thành mactenxit. Chuyển biến này xảy ra ở nhiệt độ thấp, khoàng từ 250oC trở xuống. Tốc độ nguội nhỏ nhất để chuyển biến này xảy ra là tốc độ ứng với vectơ tiếp xúc với đường cong chữ C thứ nhất tại mũi của nó. Tốc độ nguội này được gọi là tốc độ tôi tới hạn Vth ( còn gọi là tốc độ nguội tới hạn). Như vậy khi làm nguội austenit lớn hơn tốc độ nguội tới hạn thì sẽ nhận được mactenxit chứ không phải hỗn hợp pherit-xementit.
4.2.6.1. Bản chất và cấu trúc của mactenxit
Mactenxit là dung dịch rắn quá bão hoà của cacbon trong Feα có nồng độ cacbon bằng nồng độ austenit ban đầu.
Mactenxit có kiểu mạng chính phương tâm khối, với hai thông số mạng là a và c. Tỷ số c/a gọi là độ chính phương. Thông thường tỉ số c/a từ khoảng 1.001-1,06.
Mactenxit có dạng hình kim, một đầu nhọn, các kim này tạo với nhau góc 60oC hay 120oC, các nguyên tử cacbon chui vào lỗ hổng trong mạng của Feα
Trong mactenxit do hàm lượng cacbon quá bão hoà nên gây ra xô lệch mạng lớn, do vậy độ cứng và tính chống mài mòn lớn. Hàm lượng cacbon càng lớn độ cứng càng cao. Mactenxit có tính dòn cao phụ thuộc vào kích thước hạt của nó và ứng suất bên trong
4.2.6.2.Đặc điểm của chuyển biến mactenxit
+ Chỉ xảy ra khi làm nguội nhanh và liên tục austenit với tốc độ lớn hơn hay bằng tốc độ nguội tới hạn. Chuyển biến mactenxit không xảy ra khi làm nguội đẳng nhiệt.
+ Là chuyển biến không khuếch tán, nguyên tử cacbon vẫn giữ nguyên vị trí, chỉ có nguyên tử sắt chuyển dịch để tạo ra mạng chính phương tâm khối, khoảng cách dịch chuyển không quá một thông số mạng. Giữa hai kiểu mạng của austenit và mactenxit có mối quan hệ định hướng xác định sao cho các mặt và phương dày đặc của chúng song song với nhau,
+ Là quá trình không ngừng tạo ra các tinh thể với tốc độ rất lớn
V1
Hình 4.9 cấu trúc mactenxit, ảnh tổ chức tế vi (a), mô hình khối cơ sở (b)
+ Chuyển biến chỉ xảy ra trong một khoảng nhiệt độ nhất định từ nhiệt độ bắt đầu chuyển biến đến nhiệt độ kết thúc chuyển biến. Vị trí hai nhiệt độ này không phụ thuộc vào tốc độ nguội, chỉ phụ thuộc vào thành phần cacbon và nguyên tố hợp kim trong thép
+ Chuyển biến xảy ra không hoàn toàn: khi làm nguội đến điểm Mk lượng mactenxit sinh ra ngày càng nhiều nhưng không bao giờ đạt đến 100% mà vẫn còn một lượng nhất định austenit chưa chuyển biến, gọi là austenit dư. Nguyên nhân của hiện tượng này là do sự khác nhau về thể tích riêng của chúng. Thể tích riêng VM > MK vì thế khi chuyển biến austenit thành mactenxit thể tích sẽ tăng lên. Do vậy phần austenit chưa chuyển biến bị sức ép ngày một tăng, đến mức không thể chuyển biến được. Lượng austenit dư trong thép tôi phụ thuộc vào các yếu tố sau:
1) Vị trí của điểm Mk: điểm Mk càng thấp hơn 20oC thì lượng austenit dư càng nhiều, đây là yếu tố quan trọng nhất. Các yếu tố làm giảm điểm Mk đều làm tăng lượng austenit dư trong thép sau khi tôi
2) Lượng cacbon trong mactenxit càng nhiều thì thể tích riêng của nó càng lớn ( do độ chính phương c/a càng lớn) nên lượng austenit dư càng nhiều.
Hình 4.10 Đường cong động học của chuyển biến mactenxit