馬氏體的性能.ppt

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1、七、馬氏體的性能通過淬火得到馬氏體是強化鋼制工件的重要手段。在淬成馬氏體后，雖然還要根據(jù)需要重新加熱到不同溫度進行回火，但回火后所得的性能在很大程度上仍決定于淬火所得的馬氏體的性能，因此，有必要對馬氏體的性能進行了解。對于一個結(jié)構(gòu)件來說，重要的不僅僅是硬度和強度，而是硬度、強度與塑性、韌性的配合。因此有必要對馬氏體的強度和韌性作全面的了解。（一）馬氏體的硬度與強度馬氏體的硬度與屈服強度之間有很好的線性對應(yīng)關(guān)系，因此可以很方便的將二者一并討論。1、馬氏體的硬度鋼中馬氏體最重要的特點是具有高硬度和高強度。實驗證明

2、，馬氏體的硬度決定于馬氏體的碳含量，而與馬氏體的合金元素含量關(guān)系不大。2、馬氏體的高硬度、高強度的本質(zhì)（1）相變強化馬氏體相變的特性造成在晶體內(nèi)產(chǎn)生大量微觀缺陷（位錯、孿晶及層錯等），使馬氏體強化，即相變強化。無碳馬氏體的屈服極限為284MPa與強化F的σS很接近，而退火的F的σS僅為98~137MPa，也就是說相變強化，使強度提高了147~186MPa。（2）固溶強化為嚴格區(qū)分C原子的固溶強化效應(yīng)與時效強化效應(yīng)，Winchell專門設(shè)計了一套Ms點很低的C%不同的Fe-Ni-C合金，以保證M轉(zhuǎn)變能在C原子不

3、可能發(fā)生時效析出的低溫下淬火后在該溫度下測量M的強度，以了解C原子的固溶強化效果，結(jié)果表明C%<0.4%時的σS隨碳含量增加急劇升高，超過0.4%后σS不再增加。原因：C原子溶入M點陣中，使扁八面體短軸方向上的Fe原子間距增長了36%，而另外兩個方向上則收縮4%，從而使體心立方變成了體心正方點陣，由間隙C原子所造成的這種不對稱畸變稱為畸變偶極，可以視其為一個強烈的應(yīng)力場，C原子就在這個應(yīng)力場的中心，這個應(yīng)力場與位錯產(chǎn)生強烈的交互作用，而使M的強度提高。當(dāng)C%超過0.4%后，由于碳原子靠得太近，使相鄰碳原子所造

4、成的應(yīng)力場相互重迭，以致抵消而降低了強化效應(yīng)。合金元素也有固溶強化作用，相對碳來說要小很多，據(jù)估計，僅與合金元素對F的固溶強化作用大致相當(dāng)。（3）時效強化理論計算得出，在室溫下只要幾分鐘甚至幾秒鐘即可通過C原子擴散而產(chǎn)生時效強化，在-60℃以上，時效就能進行發(fā)生碳原子偏聚現(xiàn)象，是M自回火的一種表現(xiàn)，C原子含量越高時效強化效果越大。（4）動態(tài)應(yīng)變時效：M本來比較軟，在外力作用下通過應(yīng)變時效才能使強度顯著提高，碳含量越高，應(yīng)變時效作用越明顯。σ0.2幾乎與C%無關(guān)且數(shù)值也不高只有196MPa，而σ2則隨C%增加而

5、急劇增加。（5）馬氏體形態(tài)及大小對強度的影響孿晶亞結(jié)構(gòu)對強度有一附加的貢獻，C%相同時，孿晶M的硬度與強度略高于位錯M的硬度與強度，且C%增高，孿晶亞結(jié)構(gòu)對M強度的貢獻增大。原A晶粒大小和M群的大小對M的強度也有一定的影響，σ0.2=608+69dγ-1/2σ0.2=449+60dαˊ-1/2單位：Mpa;其中dγA晶粒的平均直徑；dαˊM板條群的平均直徑對中碳低合金結(jié)構(gòu)鋼，A晶粒由單晶細化至10級晶粒時，強度增加不大于245MPa，因此在一般鋼中以細化A晶粒的方法來提高M的強度作用不大。總結(jié)：低碳的馬氏體的

6、強度主要靠其中碳的固溶強化，在一般淬火過程中，伴隨自回火而產(chǎn)生的M時效強化也具有相當(dāng)?shù)膹娀ЧSM中碳及合金元素含量的增加，孿晶亞結(jié)構(gòu)將有附加的強化，細化奧氏體晶粒及馬氏體群的大小，也能提高一些馬氏體的強度。（二）馬氏體的韌性位錯型M具有良好的塑性和韌性。由圖中可以看出，隨C%的增加韌性顯著下降，對C%為0.6%的M，即使經(jīng)低溫回火，沖擊韌性還是很低。通常C%小于0.4%時M具有較高的韌性，碳含量越低，韌性越高；C%大于0.4%時，M的韌性很低，變得硬而脆，即使經(jīng)低溫回火韌性仍不高。除C%外，M的韌性與其亞

7、結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，在相同的屈服極限的條件下，位錯型M的韌性比孿晶M的韌性高很多?？偨Y(jié)馬氏體的強度主要決定于馬氏體的碳含量及組織結(jié)構(gòu)（包括自回火時的時效強化），而馬氏體的韌性主要取決于馬氏體的亞結(jié)構(gòu)，低碳的位錯型馬氏體具有相當(dāng)高的強度和良好的韌性，高碳的孿晶馬氏體具有高的強度，但是韌性很差。(三)馬氏體轉(zhuǎn)變超塑性超塑性：指高的延伸率及低的流變抗力。相變塑性:金屬及合金在相變過程中塑性增長，往往在低于母相屈服極限的條件下即發(fā)生了塑性變形，這種現(xiàn)象稱為相變塑性。馬氏體的相變塑性：鋼在馬氏體轉(zhuǎn)變時也會產(chǎn)生相變塑性現(xiàn)

8、象，稱為馬氏體的相變塑性。0.3%C-4%Ni-1.3%Cr鋼的M相變塑性850℃A化,Ms為307℃,A的屈服強度為137MPa近年來的研究工作表明，M相變誘發(fā)的塑性還可以顯著提高鋼的韌性。0.6%C-9%Cr-8%Ni-2%Mn原因1、由于塑性變形而引起的局部區(qū)域的應(yīng)力集中，將由于M的形成而得到松馳，因而能防止微裂紋的形成，即使微裂紋已經(jīng)產(chǎn)生，裂紋尖端的應(yīng)力集中也會因M的形成而得到松馳，故能抑制