低碳马氏体
马氏体的形成机理及马氏体形态分析
关于马氏体的形成机理及马氏体形态分析上世纪60年代以来，人们在马氏体形态方面进行了大量研究，发现了马氏体的许多不同形态，并找出了马氏体及其精细结构与性能之间的关系，对马氏体的晶体结构也有了比较深刻的认识。
马氏体形态虽然多种多样，但从其形态特征上基本可归纳为条状马氏体和片状马氏体两大类，其精细结构可划分为位错和孪晶。
同时发现马氏体与母相保持严格的晶体学位向关系。
1．条状马氏体主要形成于含碳量较低的钢中，又称低碳马氏体。
因其形成于200℃以上的较高温度，故又称高温马氏体；因其精细（亚）结构为高密度（一般为0.3～0.9×1012cm/cm2）位错，故又称位错马氏体。
在光学显微镜下观察，条状马氏体的主要形态特征为：呈束状排列。
近于平行而长度几乎相等的条状马氏体组成一束，或称为马氏体“领域”（即板条群）。
板条群的尺寸约为20～35μm，由若干个尺寸大致相同的板条在空间位向大致平行排列所作组成，在原奥氏体的一颗晶粒内，可以发现几团马氏体束（即几个板条群，常为3～5个，每一个板条为一个马氏体单晶体，其尺寸约为0.5μm× 5.0μm ×20μm），马氏体板条具有平直界面，界面近似平行于奥氏体的{111}γ，即惯习面，相同惯习面的马氏体板条平行排列构成马氏体板条群。
现已确定，这些稠密的马氏体板条多被连续的高度变形的残余奥氏体薄膜（约为20μm）所隔开，且板条间残余奥氏体薄膜的碳含量较高，在室温下很稳定，对钢的机械性能会产生显著影响。
马氏体束与束之间以大角度相界面分开，一般为60°或120°角，马氏体束不超越原奥氏体晶界。
同束中的马氏体条间以小角度晶界面分开。
每束内还会有黑白色调反差，同一色调区的板条具有相同位向，称之为同向板条区。
条状马氏体的空间形态是一种截面呈椭园状的长柱体，长约几微米，宽在0.025～2.25μm之间（多为0.10～0.20μm）,其长、宽、厚之比约为30：7：1。
低碳马氏体钢的用途是什么
低碳马氏体钢的用途是什么低碳马氏体钢是一种具有优异性能和广泛用途的金属材料。
它的用途包括但不限于以下几个方面。
首先，低碳马氏体钢在机械制造领域中广泛应用。
由于其优异的强度和韧性，低碳马氏体钢常用于制造高性能的机械零件，如汽车零件、航空发动机零件、机器工具、轴承、齿轮等。
与传统的碳素钢相比，低碳马氏体钢具有更高的强度和硬度，同时保持良好的可塑性和冲击韧性。
这使得它在机械制造中承受高负荷和复杂工况环境的能力更强，从而延长了机械设备的使用寿命。
其次，低碳马氏体钢在能源行业中有广泛的应用。
在电力发电设备和核能工业中，低碳马氏体钢常用于制造耐高温和耐腐蚀的核反应堆组件、锅炉、汽轮机叶片等。
由于低碳马氏体钢具有良好的高温强度和抗氧化性能，使得它能够在高温和恶劣的工作环境中保持稳定的性能，确保设备的安全可靠运行。
此外，低碳马氏体钢在船舶和海洋工程领域也得到了广泛应用。
作为一种耐海水腐蚀的金属材料，低碳马氏体钢常用于制造船体结构、海洋平台、海洋石油钻井设备等。
其优异的耐蚀性能使得船舶和海洋工程设备能够长时间在海水环境中使用而不受腐蚀影响，确保其结构的强度和稳定性。
此外，低碳马氏体钢还广泛应用于建筑和桥梁工程中。
由于其良好的韧性和强度，低碳马氏体钢被用于制造桥梁的主梁和支撑结构等承受重载的部件。
同时，低碳马氏体钢具有较高的焊接性能，可以方便地与其他金属材料进行焊接，提高了建筑和桥梁工程的施工效率和质量。
最后，低碳马氏体钢还在石油和化工工业中有广泛应用。
在石油和化工设备中，低碳马氏体钢常用于制造耐腐蚀和耐高压的容器、管道和阀门等。
其杰出的耐蚀性和高压性能使得它能够在恶劣的工作环境中承受高压和腐蚀介质的侵蚀，确保设备的正常运行和安全性。
综上所述，低碳马氏体钢具有优异的性能，在机械制造、能源、船舶和海洋工程、建筑和桥梁工程以及石油和化工工业等领域均有广泛的应用。
随着科学技术的不断发展和创新，相信低碳马氏体钢的应用范围还会进一步扩大。
马氏体与贝氏体的鉴别
马氏体与贝氏体的鉴别王元瑞（上海材料研究所检测中心，200437）1 马氏体组织形态是一种非扩散型相变，是提高钢的硬度、强度的主要途径。
1.1板条状马氏体（低碳马氏体）：是低、中碳钢，马氏体时效钢，不锈钢等铁系合金中形成的一种典型组织。
亚结构是位错（又称位错马氏体），其形态特征见表1。
1.2片状马氏体（针状马氏体或高碳马氏体）：常见淬火高、中碳钢，高镍的Fe-Ni合金中。
亚结构是孪晶，其形态特征见表1。
表1 铁碳合金马氏体类型及其特征特征板条状马氏体片状马氏体形成温度 Ms＞350℃ Ms≈200~100℃ Ms＜100℃＜0.3 1~1.4合金成分（C%）0.3~1时为混合型1.4~2组织形态板条自奥氏体晶界向晶内平行成群，板条宽度0.1~0.2μ，长度＜10μ，一个奥氏体晶粒内包含几个（3~5）板条群，板条体之间为小角晶界，板条群之间为大角晶界凸透镜片状（或针状），中间稍厚，初生者较厚较长，横贯整个奥氏体晶粒，次生者尺寸较小，片与片之间互成角度排列。
在初生片与奥氏体晶界之间，片间交角较大，互相撞击，形成显微裂纹同左，片的中央有中脊。
在两个出生片之间常见到“Z”字形分布的细薄片1.3其它马氏体形态：1.3.1蝶状马氏体：在Fe-Ni合金中当马氏体在某一温度范围内形成时会出现，形状为细长杆状，断面呈蝴蝶形，亚结构为高密度位错，看不到孪晶。
1.3.2薄片状马氏体：是在Ms点极低的Fe-Ni-C合金中发现的。
呈非常细的带状，带互相交叉、呈现曲折、分叉等特异形态，由孪晶组成的孪晶型马氏体。
1.3.3ε马氏体：在Fe-Mn合金中，当Mn超过15%时，淬火后形成ε马氏体，它是密排六方结构。
金相形态呈极薄的片状。
2 贝氏体组织形态贝氏体是过饱和铁素体和渗碳体组成的两相混合物。
2.1上贝氏体（B上）：是成束的大致平行的条状铁素体和间夹有相平行的渗碳体所组成的非层状组织。
亚结构是位错。
形成温度在贝氏体转变区的上部。
碳含量对马氏体形态的影响
碳含量对马氏体形态的影响马氏体是一种具有高强度和高韧性的金属组织结构，广泛应用于航空、航天、汽车、机械等领域。
而碳含量是影响马氏体形态的重要因素之一。
本文将从碳含量对马氏体形态的影响进行探讨。
一、1.低碳含量低碳含量会导致马氏体形态不完整，出现大量的残余奥氏体和珠光体，从而降低了材料的强度和韧性。
因此，在制备高强度和高韧性的马氏体时，需要保证碳含量在一定范围内。
2.中碳含量中碳含量是制备高强度和高韧性马氏体的最佳选择。
在中碳含量下，马氏体形态完整，且强度和韧性均较高。
因此，中碳含量的马氏体被广泛应用于航空、航天、汽车、机械等领域。
3.高碳含量高碳含量会导致马氏体形态不稳定，出现大量的残余奥氏体和珠光体，从而降低了材料的强度和韧性。
因此，在制备高强度和高韧性的马氏体时，需要避免高碳含量。
二、碳含量对马氏体形态的控制1.合理选择碳含量在制备马氏体时，需要根据具体应用场景选择合适的碳含量。
一般来说，中碳含量是制备高强度和高韧性马氏体的最佳选择。
2.控制加热温度和冷却速率加热温度和冷却速率是影响马氏体形态的重要因素。
在制备马氏体时，需要控制加热温度和冷却速率，以保证马氏体形态完整。
3.采用合适的合金元素合金元素可以影响马氏体形态。
例如，添加铬、钼等元素可以提高马氏体的强度和韧性，而添加锰、钴等元素可以改善马氏体的形态。
三、结语碳含量是影响马氏体形态的重要因素之一。
在制备高强度和高韧性的马氏体时，需要选择合适的碳含量，并控制加热温度和冷却速率，采用合适的合金元素。
这样才能制备出具有高强度和高韧性的马氏体，满足不同领域的需求。
马氏体组织形貌及物理本质
Cu-11.42Al-0.35Be-0.18B合金的马氏体组织
Cu-11.42Al-0.35Be-0.18B合金的马氏体组织
竹节状马氏体片
TEM Cu-Al合金中的马氏体层错
Cu-12Al合金
Cu-11.42Al-0.35Be-0.18B 合金
Au-34Cd合金的孪晶马氏体，未浸蚀
TEM Ti-9Mo合金中的马氏体中具有高密度 位错,个别时有孪晶,如图.
CrWMn钢马氏体片内的孪晶和位错
马氏体片撞击裂纹(CrWMn)
Fe-1.22C马氏体 （黑色) (1200℃ 加热，Ms稍下等温 淬火）
典型蝶状马氏体
Fe—0.88C马氏体形貌 (1200℃加热， Ms稍下等温淬火）
TEM .T10钢的隐晶马 氏体形貌
高速钢的隐晶马氏体，
钢中马氏体是层错亚结构
低碳钢立方马氏体（<0.2%C）
• 体心立方结构。具有高密度位错（约
0.3~0.9×1012cm-2）的亚结构，属位错马氏 体。其惯习面原为｛111｝γ，后来修改为 ｛557｝γ。与母相的位向关系为K-S关系。 • 近年来研究发现板条状马氏体中除了高密度 位错外，也有细微层错和少许孪晶。 •
4.4.3．中碳钢、高碳钢(>0.2~1.9%C) 正方马氏体
TEM，35CrMo钢板条状马氏体
35CrMo钢板 条状马氏体内 的缠结位错
35CrMo钢马氏体板条内的缠结位错 和层错
TEM 45钢板条状马 氏体
TEM 45钢马氏体位错亚结构
4.4.4 高碳马氏体形貌
• T10钢高温淬火片状马氏体组织
•
60Si2CrV钢的马氏体组织
GC15钢的隐晶马氏体组织
序言
马氏体与贝氏体的判别
马氏体与贝氏体的判别1马氏体组织形态是一种非扩散型相变，是提高钢的硬度、强度的主要途径1.1板条状马氏体（低碳马氏体）：是低、中碳钢，马氏体时效钢，不锈钢等铁系合金中形成的一种典型组织。
亚结构是位错（又称位错马氏体），其形态特征见表1。
1.2片状马氏体(针状马氏体或高碳马氏体)：常见淬火高、中碳钢，高镍的Fe-Ni合金中。
亚结构是孪晶，其形态特征见表1 表1铁碳合金马氏体类型及其特征1.3其它马氏体形态：1.3.1蝶状马氏体：在Fe-Ni合金中当马氏体在某一温度范围内形成时会出现, 形状为细长杆状，断面呈蝴蝶形，亚结构为高密度位错，看不到孪晶。
FrNiTY合金飲iff状马FeNiCiVMnSiC^金旳媒状马民体氏体1.3.2薄片状马氏体：是在Ms点极低的Fe-Ni-C合金中发现的。
呈非常细的带状，带互相交叉、呈现曲折、分叉等特异形态，由孪晶组成的孪晶型马氏体。
133 马氏体：在Fe-Mn合金中，当Mn超过15%时，淬火后形成 &马氏体，它是密排六方结构。
金相形态呈极薄的片状。
2贝氏体组织形态贝氏体是过饱和铁素体和渗碳体组成的两相混合物 2.1上贝氏体（B上）：是成束的大致平行的条状铁素体和间夹有相平行的渗碳体所组成的非层状组织。
亚结构是位错。
形成温度在贝氏体转变区的上部。
中、高碳钢350~550 C,低碳钢温度要高些。
光学显微镜下：看到成束的自晶界向晶内生长的铁素体条，整体看呈羽毛状，分辨不清条间的渗碳体粒子。
低碳钢（0.1%C）:铁素体条略宽，渗碳体呈细条状。
中、高碳钢：形态由粒状、链珠状而出现长杆状。
高碳钢（ 1.0%C以上）：组织似雪花状，基体上由短条铁素体和短杆渗碳体所组成。
随含碳量增加，渗碳体可分布于铁素体之间，也可分布于各个铁素体板条内部。
电镜下观察：看到铁素体和渗碳体两个相。
铁素体之间成小角度晶界（6°~18°）, 渗碳体沿条的长轴方向排列成行。
大片铁素体板条群之间成大角度晶界。
低碳马氏体结构钢
低碳马氏体结构钢
低碳马氏体结构钢是一类特殊的钢材，它们通过特定的热处理工艺（如淬火和回火）形成低碳马氏体组织，从而获得良好的力学性能。
这类钢材通常具有高强度、良好的塑性和韧性，以及较低的碳当量，使得它们在焊接性能和冷加工性能方面表现出色。
以下是低碳马氏体结构钢的一些特点和用途。
1.低碳含量：低碳马氏体结构钢的碳含量较低，通常小于0.25%，这有助于减少焊接过程中的碳沉积，提高焊接接头的性能。
2.高强度：通过淬火处理，低碳马氏体结构钢可以获得很高的强度，通常比传统的中碳结构钢强度更高。
3.良好的塑性和韧性：低碳马氏体结构钢在获得高强度的同时，仍然保持良好的塑性和韧性，这使得它们适用于承受较大载荷和动态载荷的结构件。
4.较低的冷脆倾向：由于低碳含量，这类钢材在低温下使用时具有较低的冷脆倾向，适用于寒冷环境。
5.优异的焊接性能：低碳马氏体结构钢的焊接性能良好，焊接接头易于处理，且焊接后的接头强度较高。
6.良好的冷加工性能：这类钢材具有良好的冷加工性能，适用于需要冷变形加工的场合。
7.应用领域：低碳马氏体结构钢广泛应用于建筑结构、桥梁、船舶、车辆、机械制造等领域，特别是在要求高强度和良好焊接性能的结构件中。
8.热处理工艺：低碳马氏体结构钢的热处理工艺通常包括淬火和回火。
淬火温度通常在Ac3以上，以形成马氏体组织，然后通过回火处理以改善塑性和韧性。
在选择和使用低碳马氏体结构钢时，需要根据具体的应用场景和性能要求来选择合适的钢种和热处理工艺，以确保结构的安全和可靠性。
深冷处理后低碳马氏体的形态和回火特性研究
联系人钱士强:男,1953年生,工学硕士,上海工程技术大学材料科学系副教授,主要从事金属材料改性机理及工艺研究。
通讯地址:上海仙霞路350号,邮编200336。
E -mail:qsqline.s 深冷处理后低碳马氏体的形态和回火特性研究钱士强 李曼萍 严敏杰(上海工程技术大学材料工程学院,200336)摘要 采用金相、扫描电镜、原子力显微镜等手段,观察研究深冷处理对16Mn 钢低碳马氏体形态和回火特性的影响。
结果表明:深冷处理引起马氏体微分解和超低细碳化物核心形成,使马氏体条束和条束内的亚单元细化,硬度有所提高但长时深冷处理对硬度影响不大,深冷处理促进马氏体的低温回火转变。
关键词 16Mn 钢 深冷处理 低碳马氏体 原子力显微镜INVESTIGATION ON MICROSTRUC TURA L FEATURE AND TEMPERING CUR VEOF LOW CARBON MARTENSITE AFTER CRYOGENIC TR EATMENTQian Shiqiang Li Manping Yan Minjie(Shanghai Universi ty of Engineeri ng Science)AbstractThe i nfluence of cryogenic treatment on the microstructure and tempering curve of lo w carbon martensite in16Mn s teel s amples after quenched was investigated through measuring temperi ng hardnes s and observing micros tructures by OM,SEM and AFM.The resul ts showed that martensite was microdecomposed and superfine carbide was formed due to the cryogenic treatment,which lead martensite lath and its sub -uni te smaller,and raised the martensite hardness.The research also s howed that cryogenic treatment accelerated low temperi ng transformation.Key W ords16Mn Steel,Cryogenic Treatment,Low Carbon Martensite,Atom Force M icroscope1 前 言用液氮(-196 )进行深冷处理作为金属材料一种新的处理工艺在国内外已有大量的研究报道,并在工模具钢的热处理中,获得了应用,使工模具的使用寿命得到显著提高。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
低碳马氏体
显微组织性能及处理工艺
锻轧后空冷：贝氏体+马氏体+铁素体
性能:σ=828MPa;σ=1049MPa -室温冲击功96J制造汽车时的轮托架
锻轧后直接淬火并回火：低碳回火马氏体σ=935MPa;σ=1197MPa室温冲击功50J，－40℃的冲击功32J,制造汽车操作杆
具有高强度,高韧性和高的疲劳强度,适用于工程机械运动的部件和低温下适用部件
2，低碳马氏体的合金化
低碳加入Mo Nb V B等与合理的Mn、Cr配合
提高淬透性,Nb还细化晶粒
BHS系列：Mn-Mo-Nb 成分：c：0.1%，Mn1.8%，Mo0.45%，Nb0.05%
Mn-Si-Mo-V-Nb系列
铁素体-马氏体双相钢
特征：显微组织：铁素体+岛状马氏体+少量残奥
性能特点：1，低的屈服强度一般不超过350Mpa
2, ε曲线是光滑的,没有屈服平台,更没有锯齿形屈服现象
3，高的均匀加延伸率和总延伸率,在24%上
4，高的加工硬化指数,你>0.24
5，高的塑性变化
双相组织或得方法
1热处理双相处理
刚在Ac1与Ac3双相区加热,组织为α﹢γ,随加热温度升高,钢种---相增加,在冷却过程中，保证转变产物α﹢M而不是α﹢P
双相钢的力学性能与组织有密切的关系,钢的化学成分,亚临界区加热温度,最终冷却速度,将起决定性作用
热轧双相钢
热轧后从A状态冷却时,先形成70—80%的多边形铁素体,使未转变的A有足够稳定性，避免发生珠光体和贝氏体相变,在以后冷却转变变成M
工艺要求：合理设计合金成分和实现控轧与控冷
双相钢优异性能的原因
屈服强度和高应变硬化率的原因存在三种可能
首先在马氏体区域存在残余应力,这些应力来源于快速冷却时马氏体相变的体积和形状变化其次，由于这些体积和形状变化效应,使周围铁素体经受塑性变形,导致铁素体中存在高密度的可动位错。
再次,伴随着马氏体的残余奥氏体，在成形操作时,发生应变诱发马氏体相变。
双相钢的典型成分和用途
化学成分：W（c）0.04-0.1.% W﹙Mn﹚0.8-1.8% W﹙Si﹚0.9-1.5% W﹙Mo﹚0.3-0.4% W﹙Cr﹚0.4-0.6%
用途：强度成形性的综合性能好,满足汽车冲压成形件的要求。
调制刚
结构钢在淬火+高温回火具有良好的综合机械性能，有较高的强度、良好的塑性和韧性适用于这种热处理钢种称为调制刚。
化学成分特点：中碳,碳含量在0.3%~0.5%。
碳含量过低时淬硬性不够；C 含量过高的韧性下降。
合金元素：主加：Cr Mn Si Ni。
辅加：Mo W V Ti Al B
合金元素作用：提高淬透性Cr Mn Si Ni；溶于α相，起固溶强化作用。
Cr Mo W V阻碍α相得再结晶,阻碍碳化物在高温回火时的聚集长大,使钢保持高硬性。
Mo W防护回火脆性。
V Ti Al 起细化晶粒作用。
调质钢的热处理特点：1预备热处理：便于切削加工和改善钢件因热加工不当而造成的粗精组织和带状组织。
①合金含量较少的钢在轧制和锻造后的组织多半是珠光体一般采用在Ac3线上加热正火。
②合金含量较多的钢在轧制和锻造后的组织多半点是马氏体一般采用在Ac3 线上加热正火随后一次高温回火2最终热处理①淬火：加热至Ac3线以上30~50℃进行淬火②回火③表面处理。
合金元素与调质钢的韧性。
C：降低调质钢的冲击韧性。
Mn：加入﹤2％Mn,冲击韧性有所改善；﹥2％后脆性转化温度升高，韧性恶化。
Ni：改善钢的冲击韧性,脆性转化温度下降。
P：对钢的冲击韧性危害极大。
40Cr：C﹐Mn﹐Si﹐Cr﹐Ni﹐Mo航空发动机机轴
弹簧钢
性能特点﹕1高强度极限
2高疲劳极限
3良好表面状态
4较好工艺性能：一定塑性和淬透性
化学成分特点
1碳含量碳素弹簧钢c0.8-0.9%
合金弹簧钢c0.45-0.7%
C含量过低时，达不到高强度的要求，c含量过高，钢的脆响很大
合金元素：加入Si Mn﹕提高淬透性¸¸固溶强化铁素体﹐提高钢的回火稳定性
Si含量高时增大C石墨化倾向﹐加热时易于脱C
Mn易于是钢过热加入Cr W V Nb克服硅锰弹簧钢的不足
他们防止过热和脱碳，保证高弹性极限和屈服极限
弹簧钢纯度对疲劳强度有很大影响后
热处理特点﹕1冷形成后进行200-400度的去应力退火
2热成型弹簧﹕热形成后淬火及中温回火
典型弹簧钢：1碳素弹簧钢：65﹐70﹐75﹐85热处理后高强度和适当塑性﹐淬透性低﹐65Mn 高锰碳素弹簧钢﹐高淬透性﹐脱c倾向小，容易过热﹐回火脆性
合金弹簧钢﹕60Si2Mn制造汽车﹐拖拉机﹐板簧﹐螺旋弹簧﹐淬透性能搞
Si﹕提高弹性极限和屈服比，略提高淬透比﹐不仅使Ms点下降﹐不增加淬火开裂倾向﹐防止氧化﹐促进脱c倾向﹐注意保护
50CrV﹕制造大型弹簧﹐Cr﹐V﹐﹕提高淬透性﹐高的高温强度﹐韧性和较好的热处理工艺性能。