材料加工原理--马氏体相变
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一、微裂纹的产生
马氏体片形成速度极快，互相撞击或与奥氏体 晶界相撞时可形成很大的应力集中，加之高碳马氏 体本身很脆，故在撞击时极易产生裂纹。这些裂纹 虽很小，但可成为疲劳裂纹源而导致开裂。
二、影响显微裂纹因素
以单位体积马氏体内出现显微裂纹的面积 Sv(mm2/mm3})作为形成显微裂纹的敏感度。
材料加工原理
一、马氏体转变的主要影响因素
二.影响钢的Ms因素
合金元素的影响 除Co， Al（>2.5%）以外 ，大多数合金元素总是使Ms、 Mf下降。 原因：
材料加工原理
一、马氏体转变的主要影响因素
塑性变形产生应变诱发马氏体 的温度有一个最高上限，此时 2、形变与应力的影响 的温度称为应变诱发马氏体温 形变的影响 度点，简称为Md点 • Ms以上温度A塑性变形，使Ms升高，产生应变诱发马氏体。 • Ms-Mf温度范围内塑性变形也会促马氏体相变。 • 在Md以上某一温度范围内经塑性变形不会产生应变诱发马氏 体。 应力的影响 • 在A状态下施加拉应力或单向压 应力会促进马氏体形成，Ms升高。 • 在A状态下施加多向压应力会阻 碍M形成，Ms下降。
材料加工原理
四、钢中的残余奥氏体及其作用
奥氏体稳定化在生产中的应用
原则:控制残余理均数量和稳定性，以达到减少变 形，稳定尺寸，改善强韧性等目的。
• 增加残余A，减少工件淬火变形 • 减少残余A，提高零件硬度和耐磨性 • 残余A量稳定化，提高零件尺寸稳定性
材料加工原理
三、马氏体的机械性能
一、马氏体的机械性能 1.马氏体的硬度
材料加工原理
马氏体相变
LOGO
材料加工原理
前期内容回顾……….
马氏体的晶体结构 马氏体的形态 马氏体转变的主要特点 本节要点 影响马氏体转变的主要因素 马氏体的微裂纹及其影响因素 马氏体的机械性能 钢中的残余奥氏体及其作用
材料加工原理
一、马氏体转变的主要影响因素
二.影响钢的Ms因素
马氏体的硬度取决于其 碳含量。 • 当C量低时，淬火后马氏体 的硬度随碳量增加而升高; • 当C量高时，淬火后得到 M+Ar双相组织。故随C量 增高，硬度反而下降
结论:马氏体硬度随碳含量增加而显著升高，但当碳含量超过 0.6%时，硬度增长趋势下降。
材料加工原理
三、马氏体的机械性能
一、马氏体的机械性能 马氏体具有高硬度、高强度的本质 ♪ 相变强化 ♪ 固溶强化 ♪ 时效强化 ♪ 形变强化
二.影响钢的Ms因素
材料加工原理
一、马氏体转变的主要影响因素
二.影响钢的Ms因素
3、奥氏体化条件的影响 • 提高奥氏体化加热温度和保温时间，奥氏体晶粒长大， 缺陷减少及奥氏体均匀化。马氏体形成的阻力减小，Ms 升高。 • 提高奥氏体化加热温度和保温时间，有利于碳和合金元 素溶入奥氏体中。MS下降。 • 3、若排除化学成分的影响，提高奥氏体化加热温度和保 温时间，使Ms升高。 4、淬火冷却速度的影响 • 冷却速度不改变MS，但改变形成的马氏体的状态。
材料加工原理
四、钢中的残余奥氏体及其作用
实例: 油淬得到的残A比水淬多。 原因:在油中冷却速度缓慢，而在水中冷却速度较快。 • 热稳定化的必要条件:碳和氮的存在。 • 热稳定化机理： 奥氏体的热稳定化是由于在适当温度停留过程中，奥 氏体中的碳、氮原子与位错发生交互作用形成柯氏气团， 从而强化奥氏体，使马氏体相变的阻力增大所致。 热稳定化有一温度上限，通常以Mc表示，只有在Mc 点以下，等温停留或缓冷才会造成热稳定化。Mc点可以 高于M点，也可以低于M点，视钢种而定。
LOGO
材料加工原理
四、钢中的残余奥氏体及其作用
奥氏体的机械稳定化
• 在Md 点以下温度对A进行塑性 变形，将发生形变诱发M转变 • 在Md点以上: 对A小量塑性变形将促进随 后冷却时的M转变; 对A大量塑性变形将抑制随后 冷却时的M转变，使奥氏体稳定 化。
Me—形变A在液氮中冷处理后的M量 M0—未形变A经相同处理后的M量
二、马氏体的微裂纹及其影响因素
碳含量的影响 • 当含碳量<1.4%时，随碳量增加，Sv急剧增加，因而此时 生成的是细而长的横贯A晶粒的{225}M ，易受撞击而断裂 • 当含碳量>1.4%时，随碳量增加，凡反而下降，因此时生 成短而宽的{259}M，不易受撞击断裂。 奥氏体晶粒度 奥氏体晶粒度越大，横贯奥氏体的马氏体越粗大，越易 发生撞击而断裂，Sv越大。高碳钢中奥氏体化温度不宜过高 ，以免溶入过多碳及使晶粒长大。
材料加工原理
四、钢中的残余奥氏体及其作用
奥氏体的热稳定化
• 冷却中断后继续冷却，转变并 不立即恢复，而要滞后一段温 度e，转变才继续进行。 • 冷却到室温时，未转变的残余 奥氏体量也增多。 • 奥氏体热稳定化程度可用滞后 温度e以及室温时的残余A增量 表示。 • 冷却缓慢相当于在一连串温度 下的短时间停留，故也会造成 稳定化
材料加工原理
二、马氏体的微裂纹及其影响因素
淬火冷却温度 淬火冷却温度越低，A残越少，马氏体量越多，形成裂纹 可能性越大，故对于高碳钢，采取冷处理时，必须慎重。 马氏体转变量 Sv随马氏体量增大而增大，但当马氏体量超过27%后，形 成的马氏体均细小，不致引起显微裂纹，Sv不再随马氏体量 增大而增大。
材料加工原理Fra Baidu bibliotek
一、马氏体转变的主要影响因素
二.影响钢的Ms因素
5、先马氏体转变的影响 • 如果M转变前，发生P转变，Ms • 如果M转变前，发生B转变，Ms 6、外场的影响 • 钢在磁场中淬火冷却时，外加磁场将诱发马氏 • 体相变，使Ms点升高，马氏体相变量增加
材料加工原理
二、马氏体的微裂纹及其影响因素
材料加工原理
三、马氏体的机械性能
一、马氏体的机械性能 2.马氏体的韧性
• 当碳含量小于0.4%时，马氏体 具有高韧性; • 当碳含量大于o. 4%时，马氏体 韧性很低。 • 当强度相同时，位错马氏体韧性 远高于孪晶马氏体(前者有较多 滑移系便于开动位错，孪晶马氏 体有裂纹)。
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降低途径
降低高碳钢的奥氏体化温度，采用不完全淬火。 淬火后立即回火使大部分显微裂纹弥合。
材料加工原理
四、钢中的残余奥氏体及其作用
一、奥氏体的稳定化 定义：奥氏体内部结构在外界因素作用下
发生某种变化，使A到M的转变呈迟滞现象称奥氏体 稳定化现象。
分类：热稳定化和机械稳定化
钢在淬火冷却过程中由于冷却缓慢或暂时中 断而引起A-M的转变迟滞现象称为奥氏体的热稳定 化。 在Md点以上温度对奥氏体进行塑性变形， 其变形量超过一定值后使随后马氏体转变困难， 使MS点降低的现象称为奥氏体的机械稳定化。
1、化学成分的影响 奥氏体的化学成分是影响 Ms点的最主要的因素。 碳含量的影响 C%↑，Ms、Mf↓；Ms和Mf 下降不一致。 • C%<0.6%, Mf比Ms下降快 • C%>0.6%, Mf下降缓慢， Mf<0℃。 原因: C%↑，使A的强度↑，相变阻 力↑，切变困难，Ms ↓
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马氏体片形成速度极快，互相撞击或与奥氏体 晶界相撞时可形成很大的应力集中，加之高碳马氏 体本身很脆，故在撞击时极易产生裂纹。这些裂纹 虽很小，但可成为疲劳裂纹源而导致开裂。
二、影响显微裂纹因素
以单位体积马氏体内出现显微裂纹的面积 Sv(mm2/mm3})作为形成显微裂纹的敏感度。
材料加工原理
一、马氏体转变的主要影响因素
二.影响钢的Ms因素
合金元素的影响 除Co， Al（>2.5%）以外 ，大多数合金元素总是使Ms、 Mf下降。 原因：
材料加工原理
一、马氏体转变的主要影响因素
塑性变形产生应变诱发马氏体 的温度有一个最高上限，此时 2、形变与应力的影响 的温度称为应变诱发马氏体温 形变的影响 度点，简称为Md点 • Ms以上温度A塑性变形，使Ms升高，产生应变诱发马氏体。 • Ms-Mf温度范围内塑性变形也会促马氏体相变。 • 在Md以上某一温度范围内经塑性变形不会产生应变诱发马氏 体。 应力的影响 • 在A状态下施加拉应力或单向压 应力会促进马氏体形成，Ms升高。 • 在A状态下施加多向压应力会阻 碍M形成，Ms下降。
材料加工原理
四、钢中的残余奥氏体及其作用
奥氏体稳定化在生产中的应用
原则:控制残余理均数量和稳定性，以达到减少变 形，稳定尺寸，改善强韧性等目的。
• 增加残余A，减少工件淬火变形 • 减少残余A，提高零件硬度和耐磨性 • 残余A量稳定化，提高零件尺寸稳定性
材料加工原理
三、马氏体的机械性能
一、马氏体的机械性能 1.马氏体的硬度
材料加工原理
马氏体相变
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马氏体的晶体结构 马氏体的形态 马氏体转变的主要特点 本节要点 影响马氏体转变的主要因素 马氏体的微裂纹及其影响因素 马氏体的机械性能 钢中的残余奥氏体及其作用
材料加工原理
一、马氏体转变的主要影响因素
二.影响钢的Ms因素
马氏体的硬度取决于其 碳含量。 • 当C量低时，淬火后马氏体 的硬度随碳量增加而升高; • 当C量高时，淬火后得到 M+Ar双相组织。故随C量 增高，硬度反而下降
结论:马氏体硬度随碳含量增加而显著升高，但当碳含量超过 0.6%时，硬度增长趋势下降。
材料加工原理
三、马氏体的机械性能
一、马氏体的机械性能 马氏体具有高硬度、高强度的本质 ♪ 相变强化 ♪ 固溶强化 ♪ 时效强化 ♪ 形变强化
二.影响钢的Ms因素
材料加工原理
一、马氏体转变的主要影响因素
二.影响钢的Ms因素
3、奥氏体化条件的影响 • 提高奥氏体化加热温度和保温时间，奥氏体晶粒长大， 缺陷减少及奥氏体均匀化。马氏体形成的阻力减小，Ms 升高。 • 提高奥氏体化加热温度和保温时间，有利于碳和合金元 素溶入奥氏体中。MS下降。 • 3、若排除化学成分的影响，提高奥氏体化加热温度和保 温时间，使Ms升高。 4、淬火冷却速度的影响 • 冷却速度不改变MS，但改变形成的马氏体的状态。
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四、钢中的残余奥氏体及其作用
实例: 油淬得到的残A比水淬多。 原因:在油中冷却速度缓慢，而在水中冷却速度较快。 • 热稳定化的必要条件:碳和氮的存在。 • 热稳定化机理： 奥氏体的热稳定化是由于在适当温度停留过程中，奥 氏体中的碳、氮原子与位错发生交互作用形成柯氏气团， 从而强化奥氏体，使马氏体相变的阻力增大所致。 热稳定化有一温度上限，通常以Mc表示，只有在Mc 点以下，等温停留或缓冷才会造成热稳定化。Mc点可以 高于M点，也可以低于M点，视钢种而定。
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四、钢中的残余奥氏体及其作用
奥氏体的机械稳定化
• 在Md 点以下温度对A进行塑性 变形，将发生形变诱发M转变 • 在Md点以上: 对A小量塑性变形将促进随 后冷却时的M转变; 对A大量塑性变形将抑制随后 冷却时的M转变，使奥氏体稳定 化。
Me—形变A在液氮中冷处理后的M量 M0—未形变A经相同处理后的M量
二、马氏体的微裂纹及其影响因素
碳含量的影响 • 当含碳量<1.4%时，随碳量增加，Sv急剧增加，因而此时 生成的是细而长的横贯A晶粒的{225}M ，易受撞击而断裂 • 当含碳量>1.4%时，随碳量增加，凡反而下降，因此时生 成短而宽的{259}M，不易受撞击断裂。 奥氏体晶粒度 奥氏体晶粒度越大，横贯奥氏体的马氏体越粗大，越易 发生撞击而断裂，Sv越大。高碳钢中奥氏体化温度不宜过高 ，以免溶入过多碳及使晶粒长大。
材料加工原理
四、钢中的残余奥氏体及其作用
奥氏体的热稳定化
• 冷却中断后继续冷却，转变并 不立即恢复，而要滞后一段温 度e，转变才继续进行。 • 冷却到室温时，未转变的残余 奥氏体量也增多。 • 奥氏体热稳定化程度可用滞后 温度e以及室温时的残余A增量 表示。 • 冷却缓慢相当于在一连串温度 下的短时间停留，故也会造成 稳定化
材料加工原理
二、马氏体的微裂纹及其影响因素
淬火冷却温度 淬火冷却温度越低，A残越少，马氏体量越多，形成裂纹 可能性越大，故对于高碳钢，采取冷处理时，必须慎重。 马氏体转变量 Sv随马氏体量增大而增大，但当马氏体量超过27%后，形 成的马氏体均细小，不致引起显微裂纹，Sv不再随马氏体量 增大而增大。
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一、马氏体转变的主要影响因素
二.影响钢的Ms因素
5、先马氏体转变的影响 • 如果M转变前，发生P转变，Ms • 如果M转变前，发生B转变，Ms 6、外场的影响 • 钢在磁场中淬火冷却时，外加磁场将诱发马氏 • 体相变，使Ms点升高，马氏体相变量增加
材料加工原理
二、马氏体的微裂纹及其影响因素
材料加工原理
三、马氏体的机械性能
一、马氏体的机械性能 2.马氏体的韧性
• 当碳含量小于0.4%时，马氏体 具有高韧性; • 当碳含量大于o. 4%时，马氏体 韧性很低。 • 当强度相同时，位错马氏体韧性 远高于孪晶马氏体(前者有较多 滑移系便于开动位错，孪晶马氏 体有裂纹)。
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降低途径
降低高碳钢的奥氏体化温度，采用不完全淬火。 淬火后立即回火使大部分显微裂纹弥合。
材料加工原理
四、钢中的残余奥氏体及其作用
一、奥氏体的稳定化 定义：奥氏体内部结构在外界因素作用下
发生某种变化，使A到M的转变呈迟滞现象称奥氏体 稳定化现象。
分类：热稳定化和机械稳定化
钢在淬火冷却过程中由于冷却缓慢或暂时中 断而引起A-M的转变迟滞现象称为奥氏体的热稳定 化。 在Md点以上温度对奥氏体进行塑性变形， 其变形量超过一定值后使随后马氏体转变困难， 使MS点降低的现象称为奥氏体的机械稳定化。
1、化学成分的影响 奥氏体的化学成分是影响 Ms点的最主要的因素。 碳含量的影响 C%↑，Ms、Mf↓；Ms和Mf 下降不一致。 • C%<0.6%, Mf比Ms下降快 • C%>0.6%, Mf下降缓慢， Mf<0℃。 原因: C%↑，使A的强度↑，相变阻 力↑，切变困难，Ms ↓
材料加工原理