《材料工程基础讲稿》PPT课件.ppt

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1、§4－7马氏体的性能1．M的硬度与强度M的硬度和强度之间有较好的对应关系。1）M的硬度钢中M最主要的特点是高硬度和高强度。M的硬度决定于M的碳含量，而与M的合金元素含量关系不大。2）M高硬度、高强度的本质相变强化M转变时的切变及界面附近的塑性变形将在M晶体内造成大量的缺陷，其中包括位错、孪晶以及层错等。显然晶内缺陷的增加使M强化。其本质与形变强化一样，通常称为相变强化。实验证明，无碳M的屈服强度为284MPa，与形变强化的F的屈服极限接近，而退火状态F的屈服强度仅98~137MPa，这表明相变强化使屈服极限提高了147～186MPa。固溶强化(p103)M中以间隙式溶入的过

2、饱和碳原子将强烈地引起点阵畸变，从而形成以碳原子为中心的应力场，这个应力场与位错发生交互作用而钉扎位错，使M显著强化。M中碳量愈多，强化显著。但当碳含量大于0.4％后，由于碳原子靠的太近，使相邻碳原子所造成的应力场相互抵消，削弱强化效果。合金元素在M中以置换方式溶入，对点阵引起的畸变远不如碳强烈，固溶强化效果较小。时效强化p104亚结构强化在碳含量小于0.3%的碳钢中，M多数为板条状的位错亚结构M，其主要靠碳钉扎位错引起强化。但当碳量大于0.3%后，出现片状M——亚结构中孪晶数量增多。孪晶界——位错运动的障碍，孪晶的出现将引起附加的强化。碳含量相同时，孪晶M的硬度与强度略高

3、于位错M。细晶强化p1062．马氏体的韧性M的韧性也受碳含量及亚结构的影响，可以在相当大的范围内变动。低碳的位错型M具有较高的韧性和塑性，M的韧性和塑性随碳含量的增高而急剧降低。即随M碳含量的增加，M的韧性和塑性显著降低。M的韧脆转折温度也随碳含量的增加而升高。由此可见，从保证韧性考虑，M的碳含量不宜大于0.4~0.5%。马氏体的碳含（％）δ(%)ψ(%)ak(J/cm2)0.15～1530～40>78.40.255～810～2019.6~39.20.352～47～1214.7~29.40.451～22～44.9~14.7在强度相同时，位错M的断裂韧性显著高于孪晶M。这是因

4、为孪晶M滑移系统少，位错不易运动，容易造成应力集中，而使断裂韧性下降。此外，淬火时在孪晶M中易形成显微裂纹也使其韧性降低。3．马氏体相变超塑性金属在特定条件下可以具有超塑性。超塑性指的是高的延伸率及低的流变抗力。由相变诱发的超塑性称为相变超塑性。M转变诱发的超塑性称为M相变超塑性——显著提高断裂韧性。这种超塑性出现在淬火钢的Ms~Md温度范围内。产生M相变超塑性的原因是：①塑性变形引起局部应力应变集中，这种应力应变集中作为M相变的机械驱动力诱发M转变，使应力松弛，阻止裂纹的生成或扩展；②形变强化指数由于M的形成而增大，抑制颈缩现象，使之应变转移，从而产生均匀应变。根据M形变

5、超塑性的原理，目前已设计出多种相变诱发塑性钢（即TRIP钢），其Md>20℃>Ms。这种钢在室温下形变时即可诱发塑性，使钢获得很高的强韧性。4．马氏体的物理性能钢中M具有铁磁性和高的矫顽力；磁饱和强度随M的碳及合金元素含量的增加而下降。M的电阻较A和P高。在各种组织中M的比容最大，这种比容差将导致淬火零件的变形、扭曲和开裂。但也可以利用这一效应，在淬火钢表面造成残余应力，以提高零件的疲劳强度。5．高碳马氏体的显微裂纹高碳钢在淬成透镜片状M时，经常在M片边缘以及M片与片的交接处出现显微裂纹。原因是由于片状M形成时的相互碰撞或与A晶界相撞所产生的。M的形成速度极快，相互碰撞时将

6、因冲击而形成相当大的应力场，高碳M又很脆，不能借助塑性变形来松弛应力。故极易在相互碰撞时发生开裂。这种显微裂纹既可能穿过M片，也可能沿M的边界出现——给钢带来附加脆性，在应力作用下有可能成为现成的裂纹源而使疲劳寿命显著下降，也有可能扩展成宏观裂纹并导致断裂。以单位体积M中出现的显微裂纹的面积Sv（mm-1）作为形成显微裂纹的敏感程度。这种显微裂纹形成的倾向主要与A晶粒大小及其碳含量密切相关。①A晶粒愈粗大，则先形成的M片就愈大，其受其它的M撞击的机会也愈多，故显微裂纹形成的倾向就愈大。②A中的碳含量愈高，其Ms点愈低，形成贯穿整个A晶粒的窄而长的{225}γ片状M的倾向愈大

7、，显微裂纹形成倾向愈大。③淬火冷却温度愈低，淬火组织中残余A量愈少，M愈多，形成裂纹的可能性也愈大。为了防止和减少显微裂纹形成的可能性，主要途径是降低高碳钢A化温度，淬火后获得细小的隐晶M、弥散均匀分布在基体上的未溶碳化物和少量残余A，可具有高硬度高耐磨性及一定的韧性，这也是高碳钢采用不完全淬火的原因之一。如在淬火过程中已经产生了显微裂纹，则可采取回火方法，使部分显微裂纹通过弥合而消失。实验证实，经200℃回火可使大部分显微裂纹通过扩散而弥合。高碳钢淬火后立即回火的原因也在与此。§4－8热弹性马氏体及形状记忆效应M