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。
马氏体的形态及成因
马氏体的形态及成因马氏体的形态及成因：一、三维形貌及结构：1.板条位错型。
一般呈束（排）分布，内部存在高密度位错。
2.片状孪晶型。
一般呈交叉针状分布，其中含碳量≥1.4%即惯态面为{259}r者有中脊，呈“之”字状，即有爆发性发展的特征。
3.钢中含碳量对马氏体三维形貌及亚结构的影响：马氏体含碳量≤0.6%为板条位错型，马氏体含碳量≥1.4%为片状孪晶型，两者之间为混合型。
这是理论上的马氏体形态，与实际的情况有区别。
二、二维形貌及结构：1.板条马氏体在光学显微镜下成一排，具有黑白差。
所以在光学显微镜有时呈现黑白交替排列的现象。
⑴成束分布的现象十分明显，长度几乎可惯穿母相晶粒，且排的宽度宽（包含的板条多）。
⑵板条一小束平行相连，形成以束为单位的平行相连的黑白差（3%的硝酸酒精溶液正确浸蚀下）。
⑶黑白差相对较大。
深色的马氏体是先形成的马氏体，是受到严重的自回火的马氏体，所以呈深色。
在金相上评定淬火马氏体的级别以最深的马氏体为准。
由于含碳量低，切变造成惯态面破坏情况轻微，所以马氏体连在一起成为平行相连。
2.中碳马氏体的特征：⑴成束分布的现象在正常淬火后不十分明显，高温淬火后才几乎可贯穿母相晶粒，且排的宽度窄（即包含的板条少）。
⑵板条一小束平行相间，形成以束为单位的平行相间的黑白差。
⑶黑白差相对较小。
3.高碳马氏体的特征（高碳钢中的马氏体不等于高碳马氏体）：⑴马氏体呈明显的针叶状。
⑵次生马氏体从先生成马氏体针叶间开始生长，并与之呈60°的夹角。
⑶后生成的马氏体小于先生成的马氏体，且不能穿越奥氏体晶界。
⑷马氏体针叶上有微观裂纹，若金相磨面正好剖过马氏体针叶，精细观察可见裂纹。
四、马氏体黑白差的原因：1.由于成份来不及扩散均匀所形成的区域性黑白差。
原铁素体区域碳浓度低，得到较多的板条马氏体（黑色）；原珠光体区域碳浓度高，得到片状马氏体（白色）。
2.由于在Ms以下等温分级淬火所致。
3.由于高碳合金钢中球、粒状碳化物分布不均匀所致。
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。
低温钢
低温钢概述低温用钢的种类、成分及性能低温用钢分4个温度级别：－20～40℃、－50～80℃、－100～110℃、－196～269℃。
主要用于液化石油气及液化天然气等的贮存运输容器，以及海洋石油工程结构等。
1．中合金低碳马氏体型低温钢合金元素总含量5％～10％，组织取决于热处理制度。
9Ni钢为典型钢种，有两种常用热处理制度，一种是900℃正火加790℃正火加570℃回火；另一种是800℃水淬加570℃回火。
淬火后组织为低碳马低体，正火后组织为低碳马氏体加铁素体加少量高碳奥氏体。
9Ni钢在－196℃低温下具有优良的韧性。
磷会增9Ni钢回火脆性的敏感性，应严格控制。
5Ni钢主要通过化学成分的最佳化以及三级热处理方法来控制组织，使之在－162℃乃至－196℃低温下具有与9Ni钢相近的强度和韧性。
2．高合金奥氏体型低温钢合金元素总含量＞10％，组织为奥氏体，具有极为优良的低温韧性，在－196～296℃低温下仍保持相当高的韧性。
含铬镍奥氏体型低温钢含Cr18%和Ni9%，无铬镍奥氏体型低温钢含M23%～26％，A1%～4%，两者的低温钢韧性相近。
一般均在固溶处理后使用。
低温钢锻件表11-1 中国常用钢号(一）20D 钢锻件表11-2 钢的化学成分表11-3 钢锻件的常温拉伸和低温冲击性能表11-4 钢锻件的许用应力（二）16MnD 钢锻件表11-5化学成分表11-6 钢锻件的常温拉伸和低温冲击性能表11-7 钢锻件的许用应力（三）09Mn2VD 钢锻件表11-8化学成分表11-9 钢锻件的常温拉伸和低温冲击性能表11-10 钢锻件的许用应力（四）09MnNiD 钢锻件表11-11化学成分表11-12 钢锻件的常温拉伸和低温冲击性能表11-13 钢锻件的许用应力（五）16MnMoD 和20MnMoD 钢锻件表11-14 钢的化学成分表11-15 钢锻件的常温拉伸和低温冲击性能表11-16 钢锻件的许用应力（六） 08MnNiCrMoVD 钢锻件表11-17化学成分表11-18 钢锻件的常温拉伸和低温冲击性能表11-19 钢锻件的许用应力（七）10Ni3MoVD 钢锻件表11-20化学成分表11-21 钢锻件的常温拉伸和低温冲击性能表11-22 钢锻件的许用应力低温钢板(一)16MnDR钢板(二)09Mn2VDR钢板(三)15MnNiDR钢板（四）09MnNiDR钢板(五)07MnNiCrMoVDR钢板。
钢中常见显微组织的鉴别
钢中常见显微组织的鉴别随着钢的成分不同以及处理工艺不同，钢中将出现：铁素体、渗碳体、珠光体、魏式组织、贝氏体（其中又分为上贝氏体、下贝氏体、和粒状贝氏体）、奥氏体、马氏体、回火马氏体、回火托氏体、回火李氏体。
现简单介绍一下这些组织的基本形态，以便在实践中加以区别。
属bcc结构，呈等轴多边形晶粒分布。
铁素体软而韧，硬度为30~100HB。
在碳钢中它是碳在α-Fe中的固溶体；在合金钢中，则是碳和合金元素在α-Fe中的固溶体。
碳在α-Fe中的溶解量很低，在A C 1温度，碳的最大溶解量为0.0218%，但随温度下降的溶解度则降至0.0084%，因而在缓冷条件下铁素体晶界处会出现三次渗碳体。
随钢中碳含量增加，铁素体量相对减少，珠光体量增加，此时铁素体则是网络状和月牙状。
铁素体铁素体200×铁素体铁素体铁素体500×轧制电工纯铁铁素体500×退火态是铁和碳的化合物，Fe 3C ，其含碳量为6.69%，在合金中形成(Fe,M)3C，渗碳体硬而脆，硬度为800HB。
在钢中常呈网络状、半网状、片状、针片状和粒状分布。
渗碳体网状渗碳体200×针状渗碳体（魏氏组织）200×网状、粒状、三次渗碳体500×粒状渗碳体500×T12 退火态500×珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，它是钢的共析转变产物，其形态是铁素体和渗碳体彼此相间形如指纹，呈层状排列。
按碳化物分布形态又可分为片状珠光体和球状珠光体二种。
片状珠光体又可分为粗片状、中片状和细片状三种。
片状珠光体200 ×珠光体T8 退火态500×球状珠光体球状珠光体，经球化退火获得，渗碳体成球粒状分布在铁素体基体上；渗碳体球粒大小，取决于球化退火工艺，特别是冷却速度。
球状珠光体可分为粗球状、球状和细球状和点状四种珠光体球状珠光体500x球状珠光体球状珠光体1000x，冷却时又快，故铁素体除沿奥氏体晶界成网状析出外，还有一部分铁素体从晶界向晶内按切变机制形成并排成针状独自析出，这种分布形态的组织称为魏氏组织。
低碳回火马氏体硬度
低碳回火马氏体硬度
低碳回火马氏体硬度是指由低碳钢经过加热至马氏体相变后再进行回火处理所得到的硬度。
在钢铁材料中，低碳钢含有较低的碳含量，一般在0.05%到0.30%之间。
当低碳钢经过加热至高温区（通常为800°C到900°C之间）时，钢中的组织将发生相变，由之前的珠光体转变为马氏体，这个过程被称为马氏体相变。
马氏体具有很高的硬度，但是也存在一定的脆性。
为了提高低碳钢的韧性，需要对马氏体进行回火处理。
回火是将马氏体加热至较低的温度，然后在这个温度下保温一段时间后冷却。
回火过程可以使马氏体中的碳、铁等元素重新排列，减少脆性，并提高韧性。
回火处理后的低碳钢硬度相对较低，但韧性较高，适合用于制造需要同时具备硬度和韧性的零件。
具体的回火温度和时间会根据材料的具体要求而有所不同。
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。
低碳马氏体
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350Mpa2, 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>0.245，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。
- 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。