马氏体的性能.ppt

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1、七、马氏体的性能通过淬火得到马氏体是强化钢制工件的重要手段。在淬成马氏体后，虽然还要根据需要重新加热到不同温度进行回火，但回火后所得的性能在很大程度上仍决定于淬火所得的马氏体的性能，因此，有必要对马氏体的性能进行了解。对于一个结构件来说，重要的不仅仅是硬度和强度，而是硬度、强度与塑性、韧性的配合。因此有必要对马氏体的强度和韧性作全面的了解。（一）马氏体的硬度与强度马氏体的硬度与屈服强度之间有很好的线性对应关系，因此可以很方便的将二者一并讨论。1、马氏体的硬度钢中马氏体最重要的特点是具有高硬度和高强度。实验证明

2、，马氏体的硬度决定于马氏体的碳含量，而与马氏体的合金元素含量关系不大。2、马氏体的高硬度、高强度的本质（1）相变强化马氏体相变的特性造成在晶体内产生大量微观缺陷（位错、孪晶及层错等），使马氏体强化，即相变强化。无碳马氏体的屈服极限为284MPa与强化F的σS很接近，而退火的F的σS仅为98~137MPa，也就是说相变强化，使强度提高了147~186MPa。（2）固溶强化为严格区分C原子的固溶强化效应与时效强化效应，Winchell专门设计了一套Ms点很低的C%不同的Fe-Ni-C合金，以保证M转变能在C原子不

3、可能发生时效析出的低温下淬火后在该温度下测量M的强度，以了解C原子的固溶强化效果，结果表明C%<0.4%时的σS随碳含量增加急剧升高，超过0.4%后σS不再增加。原因：C原子溶入M点阵中，使扁八面体短轴方向上的Fe原子间距增长了36%，而另外两个方向上则收缩4%，从而使体心立方变成了体心正方点阵，由间隙C原子所造成的这种不对称畸变称为畸变偶极，可以视其为一个强烈的应力场，C原子就在这个应力场的中心，这个应力场与位错产生强烈的交互作用，而使M的强度提高。当C%超过0.4%后，由于碳原子靠得太近，使相邻碳原子所造

4、成的应力场相互重迭，以致抵消而降低了强化效应。合金元素也有固溶强化作用，相对碳来说要小很多，据估计，仅与合金元素对F的固溶强化作用大致相当。（3）时效强化理论计算得出，在室温下只要几分钟甚至几秒钟即可通过C原子扩散而产生时效强化，在-60℃以上，时效就能进行发生碳原子偏聚现象，是M自回火的一种表现，C原子含量越高时效强化效果越大。（4）动态应变时效：M本来比较软，在外力作用下通过应变时效才能使强度显著提高，碳含量越高，应变时效作用越明显。σ0.2几乎与C%无关且数值也不高只有196MPa，而σ2则随C%增加而

5、急剧增加。（5）马氏体形态及大小对强度的影响孪晶亚结构对强度有一附加的贡献，C%相同时，孪晶M的硬度与强度略高于位错M的硬度与强度，且C%增高，孪晶亚结构对M强度的贡献增大。原A晶粒大小和M群的大小对M的强度也有一定的影响，σ0.2=608+69dγ-1/2σ0.2=449+60dαˊ-1/2单位：Mpa;其中dγA晶粒的平均直径；dαˊM板条群的平均直径对中碳低合金结构钢，A晶粒由单晶细化至10级晶粒时，强度增加不大于245MPa，因此在一般钢中以细化A晶粒的方法来提高M的强度作用不大。总结：低碳的马氏体的

6、强度主要靠其中碳的固溶强化，在一般淬火过程中，伴随自回火而产生的M时效强化也具有相当的强化效果，随M中碳及合金元素含量的增加，孪晶亚结构将有附加的强化，细化奥氏体晶粒及马氏体群的大小，也能提高一些马氏体的强度。（二）马氏体的韧性位错型M具有良好的塑性和韧性。由图中可以看出，随C%的增加韧性显著下降，对C%为0.6%的M，即使经低温回火，冲击韧性还是很低。通常C%小于0.4%时M具有较高的韧性，碳含量越低，韧性越高；C%大于0.4%时，M的韧性很低，变得硬而脆，即使经低温回火韧性仍不高。除C%外，M的韧性与其亚

7、结构有着密切的关系，在相同的屈服极限的条件下，位错型M的韧性比孪晶M的韧性高很多。总结马氏体的强度主要决定于马氏体的碳含量及组织结构（包括自回火时的时效强化），而马氏体的韧性主要取决于马氏体的亚结构，低碳的位错型马氏体具有相当高的强度和良好的韧性，高碳的孪晶马氏体具有高的强度，但是韧性很差。(三)马氏体转变超塑性超塑性：指高的延伸率及低的流变抗力。相变塑性:金属及合金在相变过程中塑性增长，往往在低于母相屈服极限的条件下即发生了塑性变形，这种现象称为相变塑性。马氏体的相变塑性：钢在马氏体转变时也会产生相变塑性现

8、象，称为马氏体的相变塑性。0.3%C-4%Ni-1.3%Cr钢的M相变塑性850℃A化,Ms为307℃,A的屈服强度为137MPa近年来的研究工作表明，M相变诱发的塑性还可以显著提高钢的韧性。0.6%C-9%Cr-8%Ni-2%Mn原因1、由于塑性变形而引起的局部区域的应力集中，将由于M的形成而得到松驰，因而能防止微裂纹的形成，即使微裂纹已经产生，裂纹尖端的应力集中也会因M的形成而得到松驰，故能抑制