固态相变 教学课件 作者 刘宗昌第6章淬火钢的回火转变6.2马氏体分解时α.ppt

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1、6.2马氏体分解时α相的变化随着回火温度的提高和时间的延长，碳原子偏聚区将转变为碳化物。马氏体中碳化物的析出，马氏体（α相）中的含碳量则不断降低，使得马氏体的正方度不断下降。α相的物理状态不断发生改变。1、马氏体的分解早在20世纪30年代Курдмов，Г.В.等应用X射线结构分析方法测定了高碳马氏体经不同温度回火后的正方度，结果如表。含碳量为1.4%的马氏体回火后点阵常数、正方度与碳含量的关系双相分解的假说从表中可见，当回火温度在室温至100℃时，出现了两个不同的正方度（125℃回火时为一个正方度）。认为是出现了两种不同含碳量的α相。据此提出了马氏体双相分解的假说。此数据太陈

2、旧，而且是1.4%C高碳钢；其假说与近年来的测定结果不符。近年来的研究测定表明，在100℃以下，高碳马氏体和中碳马氏体中均形成了碳原子偏聚气团DC、HC。试验证明，此回火温度下尚未析出碳化物，只有碳原子气团。弘津气团趋向于在同一晶面上出现，并形成若干个小片组成的碳原子片状畴，畴的尺寸约为几个nm，已经为透射电子束的点阵条纹所证实。在100℃以下,组织结构为：α相+DC、HCTEMFe-1.5C（a）、35CrMo（b）马氏体80℃回火组织，没有观察到碳化物析出。在100℃及100℃以上才有η-Fe2C,ε-Fe2.4C碳化物的析出。在100℃以上，为：α相+DC、HC＋η-Fe

3、2C或ε-Fe2.4C随着回火温度升高，正方度越来越小。说明随着η-Fe2C,ε-Fe2.4C碳化物的析出，马氏体中的碳含量连续的不断降低，而且只有一个正方度。碳化物的析出过程中，碳原子来得及远程扩散，马氏体进行单相分解过程。因此在η-Fe2C,ε-Fe2.4C碳化物的析出时不存在两个α相。双相分解的学说应当摒弃据研究测定，碳原子的扩散速度足以跟得上马氏体长大速度，那么，在η-Fe2C,ε-Fe2.4C碳化物的析出时，碳原子能够进行远距离的扩散，即α相中的碳含量不断连续降低，不可能形成两个α相，即不存在双相分解。因此，双相分解的学说应当摒弃。300℃时，正方度接近于1250℃回

4、火时，正方度已经降低到1.003.一般认为回火温度达到300℃时，正方度接近于1，α相中的碳含量已经接近平衡态，这时Fe-C马氏体分解过程基本结束。即300℃以上，α相实际上为体心立方的铁素体组织。但铁素体的形貌仍然为条片状。2、α相物理状态的变化2.1亚结构的变化马氏体中的高密度位错、精细孪晶等亚结构在回火时将发生一系列的变化。位错重新排列，密度降低、孪晶消失，亚晶块形成，马氏体板条界面消失。位错密度下降，回复。淬火马氏体中存在高密度位错，密度可高达0.3~0.9×1012cm-2，存在较高的位错能，故在回火时将发生回复。回复初期，部分位错，其中包括小角度晶界，即板条界面上的

5、位错将通过滑移与攀移而相消。从而位错密度下降，部分板条界面消失。向相邻板条合并而成宽的板条。剩余的位错也将重新排列形成位错缠结，逐渐转化为胞块。在400℃以上回火时，回复已经清晰可见。由于板条合并变宽，再也看不清完整的板条，但能看到边界不清的亚晶块。718钢(瑞典钢号)回火托氏体中的亚晶孪晶消失（250～350℃）淬火马氏体中的孪晶亚结构消失。当回火温度高于250℃时，孪晶开始消失。GCr15淬火态经过350℃回火后，大部分孪晶已经消失，出现胞块。但片状马氏体的形貌特征仍然保持着。（注意：由于等温形成贝氏体，故在250℃以上形成的贝氏体中，难以发现孪晶。孪晶只能存在于少数下贝氏

6、体中。）再结晶，回火索氏体。碳素钢的α相由于杂质和化学元素的作用，再结晶温度需高于600℃。在此温度下，一些位错密度低的胞块将长大成等轴的铁素体晶粒。碳化物也聚集成颗粒状，并且均匀地分布在铁素体晶粒内。再结晶后，原来板条状马氏体的特征完全消失。这种组织称为回火索氏体。合金钢中，由于合金元素的作用，提高了再结晶温度，例如，30CrMnSi钢马氏体经过700℃、回火500h，再结晶才刚刚开始。2.2α相中内应力的消除1)淬火冷却的不均匀，钢件各部位冷却不均，温度不均，造成热应力；2)同时，由于组织转变不同时性，而造成相变应力。3)热应力和组织应力合并成为淬火钢件的内应力。内应力按平

7、衡范围的大小分为三类第一类内应力：即存在于钢件整体范围内，各个部位之间的内应力；第二类内应力：在晶粒或亚晶范围内处于平衡的内应力：第三类内应力：存在于一个原子集团范围内的处于平衡的内应力。回火过程中，随着回火温度的升高，原子活动能力增加，位错和孪晶的运动而密度减少，使得内应力不断降低直至消除。①第一类内应力的消失经过200℃、500℃回火1小时，随着马氏体分解和α相的回复，内应力显著降低。回火温度愈高，内应力消除率愈高。到550℃回火一定时间，第一类内应力可以基本上消除。0.7%C钢圆柱体（