热处理原理及工艺马氏体贝氏体转变教学课件PPT

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1、热处理原理及工艺(9)§5－6马氏体的性能淬火得到马氏体是强化钢制工件的重要手段。淬成马氏体后，虽然还要进行回火，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。对工模具，重要是硬度和耐磨性，对结构件，需要硬度、强度与塑性、韧性的配合。第五章马氏体转变一、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，将二者一并讨论。1、马氏体的硬度与强度美国4320钢渗碳淬火后碳含量与显微硬度、纳米压痕硬度和残余奥氏体的关系钢中M最重要的特点是具有高硬度和高强度。实验证明，M的硬度决定于M的碳含量，而与

2、M的合金元素含量关系不大。2、马氏体的高硬度、高强度的本质由固溶强化、相变（亚结构）强化和时效强化等因素引起。（1）相变（亚结构）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。如：无碳M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，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原子不可能

3、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。为什么固溶于A中的C原子强化效果不大，而固溶于M中的C原子强化效果显著呢？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

4、C%超过0.4%后，由于碳原子靠得太近，相邻碳原子所造成的应力场相互重迭，以致抵消而降低了强化效应。合金元素对M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。曲线2－－时效强化（4）马氏体形态及大小对强度的影响孪晶亚结构能有效阻止位错运动，对强度有一附加的贡献，C%相同时，孪晶M的硬度与强度

5、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束的大小对M的强度也有一定的影响，σ0.2=608+69dγ-1/2σ0.2=449+60dαˊ-1/2dγA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，因此常规处理工艺中晶粒尺寸的影响没前三种强化方式明显。低碳的马氏体的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

6、的强化，细化奥氏体晶粒及马氏体束的大小，也能提高一些马氏体的强度。综合结果二、马氏体的韧性（1）通常C%＜0.4%时M具有较高的韧性，碳含量越低，韧性越高；C%＞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。（2）除C%外，M的韧性与其亚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），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

7、强度，但是韧性很差。三、马氏体相变塑性金属及合金在相变过程中屈服强度显著下降，塑性显著增加，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象，称为马氏体的相变塑性。Fe-15Cr-15Ni合金在不同温度下进行拉伸，在Ms～Md温度，延伸率有了明显升高，这是形变诱发马氏体相变，马氏体形成又诱发塑性所致。Fe-15Cr-15Ni合金在的相变诱发塑性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。Fe-9Cr-8Ni-2Mn-0.6C钢的断裂韧度与测定温度的关系结果如图在100～200

8、℃的高温区，因为在断裂过程中没有发生马氏体相变，所以断裂韧度KIC很低；在20～－196℃的低温区，因在断裂过程中伴随有马氏体相变，结果使KIC显著升高。试验条件：Fe-9Cr-8Ni-2Mn-0.6C钢，1200℃A化、水冷，后在460℃挤压变形75％，试样仍为A状态，最后在-196～200℃之间测定其断裂韧度马氏