【正文】 高強度 。 馬氏體的含碳量 。通常情況下，馬氏體的硬度隨含碳量的增加而升高。但當碳含量超過 %時，硬度增長趨勢下降。 馬氏體和殘余奧氏體的相對含量 。只有當殘余奧氏體量很少時，鋼的硬度與馬氏體的硬度才趨于一致。這是必須注意的。 量的增加而升高 。 含碳量對馬氏體的強度與硬度的影響 馬氏體轉變 授課 朱世杰 102 2022/2/15 不同碳含量的鋼淬火后的硬度及碳含量與殘余奧氏體量的關系。 曲線 1是 完全淬火并進行冷處理后馬氏體的硬度 。奧氏體全部轉化為馬氏體，所得即為馬氏體硬度和碳含量關系。 曲線 2是 亞共析鋼高于 AC過共析鋼高于 AC1且低于 ACCm的淬火的硬度。 對于過共析鋼采用的是高于 AC1的不完全淬火，所得馬氏體中碳含量即為該溫度下奧氏體的飽和碳濃度，溫度不變時均相同，故隨碳含量增高，硬度基本不變。 曲線 3為 完全淬火后所得的硬度 。當碳量低時，淬火后馬氏體的硬度隨碳量增加而升高；當碳量高時， Mf已在 0℃ 以下，淬火后得到馬氏體和奧氏體雙相組織。故隨碳量增高，奧氏體量增加，由于奧氏體硬度低，硬度反而下降。 馬氏體轉變 授課 朱世杰 103 2022/2/15 相變強化 是指馬氏體相變時，在晶體內(nèi)造成晶格缺陷密度很高的亞結構。如板條馬氏體中高密度的位錯、片狀馬氏體中的孿晶或層錯等，這些缺陷都將阻礙位錯的運動，使馬氏體得到強化。這些缺陷的增加，使馬氏體強度提高 147～ 186MPa。 二 . 馬氏體高硬度 (高強度 )的本質 馬氏體具有 高硬度、高強度的原因 是多方面的，其中包括：固溶強化、相變強化、時效強化、晶界強化。 馬氏體轉變 授課 朱世杰 104 2022/2/15 固溶強化 是指碳對馬氏體的固溶強化 。 過飽和的間隙原子碳在 α相晶格中造成晶格的正方畸變 ， 形成一個很強的應力場 ， 該應力場阻礙位錯的運動 ， 從而提高馬氏體的強度和硬度 。 圖中曲線 1。 時效強化 是指馬氏體形成以后 ，在隨后的放置過程中 ， 碳和其它合金元素的原子會向位錯線等缺陷處擴散而產(chǎn)生偏聚 ， 使位錯難以運動 ，從而造成馬氏體的強化 。 圖中曲線 2。 馬氏體轉變 授課 朱世杰 105 2022/2/15 含碳量對馬氏體顯微硬度的影響 ? 當碳含量小于 %時，由于位錯強化，使強度與碳含量呈直線關系； ? 當碳含量大于 %時，出現(xiàn)孿晶，使硬度的增長偏離直線，說明孿晶有一附加強化機制，使硬度的增長偏離直線。 ? 碳含量相同時，孿晶馬氏體強度高于位錯馬氏體。 馬氏體轉變 授課 朱世杰 106 2022/2/15 5. 奧氏體晶粒度 馬氏體的晶界強化 是指通常情況下 ， 原始奧氏體晶粒越細小 ， 所得到的馬氏體板條束也越細小 ， 而馬氏體板條束阻礙位錯的運動 ， 使馬氏體得到強化 。 奧氏體晶粒愈小 ， 馬氏體板條束越細 ， 強度越高 。 ?=608+69dγ 1/2 或 ?=449+60dM1/2 dγ為奧氏體晶粒直徑 (mm) dM為馬氏體板條束直徑 (mm) ? MPa。 馬氏體轉變 授課 朱世杰 107 2022/2/15 馬氏體的韌性和塑性 馬氏體的韌性也主要取決于馬氏體的碳含量和亞結構 。在相同屈服強度下 ， 位錯 (板條 )馬氏體比孿晶 (片狀 )馬氏體具有較高的韌性 (前者有較多滑移系便于開動位錯 )。 當碳含量小于 %時 ， 馬氏體具有高韌性；當碳含量大于%時 ， 馬氏體韌性很低 。 總之 ， 片狀馬氏體具有較高的強度 ， 但脆性較大 ， 其主要原因是片狀馬氏體中的亞結構為孿晶 ， 片狀馬氏體中含碳量高 ， 晶格畸變大 ， 同時馬氏體高速形成時互相撞擊使得片狀馬氏體中存在許多顯微裂紋 。 而 板條馬氏體中的亞結構為位錯 ， 具有很高的強度和良好的塑 、 韌性 。 馬氏體轉變 授課 朱世杰 108 2022/2/15 馬氏體的相變誘發(fā)塑性 具有高的延伸率和低的流變抗力 。 在相變的同時呈現(xiàn)的超塑性稱為 相變超塑性 。 馬氏體轉變 授課 朱世杰 109 2022/2/15 馬氏體的物理性能 鋼中馬氏體具有鐵磁性和高的矯頑力 ， 其比容與奧氏體的比容相差很大 。 馬氏體比容最大 高的鐵磁性和 矯頑力 馬氏體的電阻率比 P大 馬氏體轉變 授課 朱世杰 110 2022/2/15 高碳馬氏體的顯微裂紋 馬氏體片形成速度極快，互相撞擊或與奧氏體晶界相撞時可形成很大的應力集中，加之高碳馬氏體本身很脆，故在撞擊時極易產(chǎn)生裂紋。這些裂紋雖很小，但可成為疲勞裂紋源而導致開裂。 以單位體積馬氏體內(nèi)出現(xiàn)顯微裂紋的面積 SV (mm2/mm3 ) 作為形成 顯微裂紋的敏感度 。 馬氏體轉變 授課 朱世杰 111 2022/2/15 (一 )影響形成顯微裂紋因素 當 WC%時，隨碳量增加， SV 急劇增加，因而此時生成的是細而長的橫貫奧氏體晶粒的 {225}M， 易受撞擊而斷裂。當 WC%時，隨碳量增加，SV 反而下降，因此時生成短而寬的{259}M， 不易受撞擊斷裂。通常馬氏體中含碳量均低于 %，故為降低 SV，應盡可能降低含碳量。 馬氏體轉變 授課 朱世杰 112 2022/2/15 奧氏體晶粒度越大，橫貫奧氏體的馬氏體越粗大，越易發(fā)生撞擊而斷裂， SV 越大。故為降低 SV， 高碳鋼中奧氏體化溫度不宜過高，以免溶入過多碳及使晶粒長大。 淬火冷卻溫度越低，奧氏體殘越少，馬氏體量越多，形成裂紋可能性越大，故對于高碳鋼，采取冷處理時，必須慎重。 SV 隨馬氏體量增大而增大，但當馬氏體量超過 27%后，形成的馬氏體均細小，不致引起顯微裂紋， SV不再隨馬氏體量增大而增大 。 馬氏體轉變 授課 朱世杰 113 2022/2/15 (二 )減少顯微裂紋的途徑 ， 采用不完全淬火 。 2. 淬火后立即回火使大部分顯微裂紋彌合。 各種組織的裂紋敏感性： F → P → B F → 板條 馬氏體 → 上 B → 粒狀 B → 島狀馬氏體 /γ → 針狀馬氏體，顯微裂紋的敏感性增加。 馬氏體轉變 授課 朱世杰 114 2022/2/15 本節(jié)小結 馬氏體的高硬度和高強度及其原因。 馬氏體的韌性和塑性及原因。馬氏體的相變誘發(fā)塑性。 馬氏體的物理性能。 高碳馬氏體的顯微裂紋及影響因素。 馬氏體轉變 授課 朱世杰 115 2022/2/15 奧氏體穩(wěn)定化 奧氏體穩(wěn)定化 是指奧氏體在外界因素作用下，促使內(nèi)部結構發(fā)生了某種變化而使 γ →M 的轉變呈現(xiàn)遲滯的現(xiàn)象。 奧氏體穩(wěn)定化分為 ：奧氏體熱穩(wěn)定化和奧氏體機械穩(wěn)定化 馬氏體轉變 授課 朱世杰 116 2022/2/15 奧氏體熱穩(wěn)定化 一 .奧氏體熱穩(wěn)定化現(xiàn)象 淬火時 ， 冷卻中斷會引起奧氏體穩(wěn)定化 ， 冷卻中斷后繼續(xù)冷卻 ， 轉變并不立即恢復 ， 而要滯后一段溫度 θ , 轉變才繼續(xù)進行 。 冷卻到室溫時 ， 未轉變的殘余奧氏體量也增多 。 奧氏體熱穩(wěn)定化程度 可用 滯后溫度θ 以及 室溫時的殘余奧氏體增量 δ 來表示 。 冷卻緩慢相當于在一連串溫度下的短時間停留 ， 故也會造成穩(wěn)定化 。 實例：油淬得到的殘余奧氏體比水淬多 。 引起熱穩(wěn)定化的必要條件 是：碳和氮的存在。熱穩(wěn)定化有一溫度上限，通常以 MC表示，只有在 MC點以下，等溫停留或緩冷才會造成熱穩(wěn)定化。 馬氏體轉變 授課 朱世杰 117 2022/2/15 影響熱穩(wěn)定化的因素是等溫溫度和等溫時間 ， 同時也受已生成的馬氏體量的影響 。 ， 等溫溫度越高 ， 穩(wěn)定化越快 ， 穩(wěn)定化程度 θ越低；短時間等溫時 ， 等溫溫度越高 ， 穩(wěn)定化越慢 ， 穩(wěn)定化程度 θ越大 。 但熱穩(wěn)定化有一溫度上限 ， 用 MC表示 。 只有在 MC以下停留才會產(chǎn)生熱穩(wěn)定化 。 ， 等溫時間越長 ， 穩(wěn)定化程度先增后減 . ， 奧氏體的穩(wěn)定化程度也越高 。 ，奧氏體的穩(wěn)定化程度也越小。 (氮 )量越高，奧氏體的穩(wěn)定化程度也越高。碳、氮在缺陷處偏聚。 馬氏體轉變 授課 朱世杰 118 2022/2/15 奧氏體機械穩(wěn)定化 在 Md以上 ， 對奧氏體進行塑性變形 ， 當形變量足夠大時 ，可引起奧氏體穩(wěn)定化使隨后的馬氏體相變困難 ， 這種穩(wěn)定化現(xiàn)象稱為 機械穩(wěn)定化 。 即馬氏體相變困難 ， MS點降低 ， 殘余奧氏體增多 。 在 Md以下，對奧氏體進行塑性變形，可以誘發(fā)馬氏體相變，但也會使未轉變的奧氏體發(fā)生 相硬化 ，從而使殘余奧氏體機械穩(wěn)定化。 馬氏體轉變 授課 朱世杰 119 2022/2/15 本節(jié)小結 奧氏體穩(wěn)定化的定義。 奧氏體穩(wěn)定化的類型、形成條件及影響因素：奧氏體熱穩(wěn)定化和奧氏體機械穩(wěn)定化。 馬氏體轉變 授課 朱世杰 120 2022/2/15 鋼的強韌化熱處理 一 .QP處理工藝 淬火后迅速在一定溫度下保持（簡稱為 淬火－分配 ，即 QP處理）。 馬氏體轉變的應用 馬氏體轉變 授課 朱世杰 121 2022/2/15 二 .材料的韌化 利用馬氏體相變可以使材料韌化。 例如相變誘發(fā)塑性鋼 (TRIP鋼 )，其典型成分為： (wt%)，這類鋼綜合利用馬氏體相變產(chǎn)生的塑性，以及形變熱處理提供的強化，比一般超高強度鋼具有更為優(yōu)越的強韌性。 馬氏體轉變 授課 朱世杰 122 2022/2/15 三、低碳鋼和低碳合金鋼的強烈淬火 低碳鋼和低碳合金鋼采用強烈淬火可以獲得幾乎全部是板條馬氏體 。 四 、 中碳低合金鋼和中碳合金鋼的高溫加熱淬火 中碳低合金鋼和中碳合金鋼采用一般淬火獲得混合馬氏體 ，而采用高溫加熱淬火可以獲得幾乎全部是板條馬氏體或板條馬氏體加少量片狀馬氏體 。 可大幅度提高鋼的韌性 。 五 、 高碳鋼的低溫快速 、 短時間加熱淬火 高碳鋼的低溫快速、短時間加熱淬火，奧氏體中保留碳化物而使奧氏體中含碳量降低，淬火后獲得更多的板條馬氏體。 馬氏體轉變 授課 朱世杰 123 2022/2/15 奧氏體穩(wěn)定化的應用 1. 為減少工件淬火變形而有意保持一定量的殘余奧氏體 。 (1)分級淬火 (2)等溫淬火 (3)提高奧氏體化溫度 ， 使碳化物較多的溶入奧氏體 ， 降低 MS點 。 2. 為保證工件有較高的硬度和耐磨性 、 盡量減少殘余奧氏體的量 。 (1)采用較快冷速的普通淬火 (簡單工件 ) (2)采用 MS點附近作短暫停留的分級淬火 (3)淬火后進行冷處理時兩者之間的時間間隔應盡量短 。 殘余奧氏體不僅降低淬火鋼的硬度和耐磨性 ， 而且在工件使用過程中 ，殘余奧氏體會繼續(xù)轉變成馬氏體 ， 使這就要求高精度的工件 ， 如 ， 精密絲杠 ，精密量具 ， 精密軸承等 。 為了保證使工件形狀 ， 尺寸發(fā)生變化 ， 影響工件的尺寸精度 ， 用期間的精度 ， 淬火工件冷卻到室溫后 ， 在冷卻到 78℃ 或 183℃ ， 來最大限度消除殘余奧氏體 ， 達到增加硬度 ， 耐磨性與尺寸穩(wěn)定性的目的 ， 這種處理成 “ 冷處理 ” 。 。 馬氏體轉變 授課 朱世杰 124 2022/2/15 一、形狀記憶效應 形狀記憶合金 ：某些合金在馬氏體狀態(tài)下進行塑性變形后 ，再將其加熱到 Af溫度以上 ， 便會自動恢復到母相原來的形狀 。 形狀記憶效應 馬氏體轉變 授課 朱世杰 125 2022/2/15 形狀記憶效應 (鏈接 )：單程 (鏈接 )、雙程 形狀記憶效應的基本原理： 形狀記憶效應是有馬氏體轉變的熱彈性馬氏體及偽彈性行為引起的 。 形狀記憶效應示意圖。 (a)單程形狀記憶效應 (b)雙程