鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化

1、鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 10.2.2 10.2.2 鋼及鐵合金中馬氏體的組織形態(tài)鋼及鐵合金中馬氏體的組織形態(tài) 經(jīng)淬火獲得馬氏體組織是鋼件強韌化經(jīng)淬火獲得馬氏體組織是鋼件強韌化 的重要基礎(chǔ)。的重要基礎(chǔ)。 由于鋼的成分及熱處理條件不同，所獲由于鋼的成分及熱處理條件不同，所獲 得的馬氏體形態(tài)和亞結(jié)構(gòu)亦不同，繼而對鋼得的馬氏體形態(tài)和亞結(jié)構(gòu)亦不同，繼而對鋼 的組織和機械性能產(chǎn)生影響。的組織和機械性能產(chǎn)生影響。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 各種淬火方法 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 4545鋼鋼( (含含0.45%C)0.45%C)正常淬火組織正常淬火組織 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 35鋼（含鋼（含0

2、.35%C）亞溫淬火組織）亞溫淬火組織 35 35鋼（含鋼（含0.35%C0.35%C）亞溫淬火組織）亞溫淬火組織 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 T12T12鋼（含鋼（含1.2%C1.2%C）正常淬火組織）正常淬火組織 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 1板條狀馬氏體 2片狀馬氏體 3其他馬氏體形態(tài) 4影響馬氏體形態(tài)及其 內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)的因素 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 1 1板條狀馬氏體板條狀馬氏體 板條狀馬氏體是低碳鋼、中碳鋼、馬氏體時效板條狀馬氏體是低碳鋼、中碳鋼、馬氏體時效 鋼和不銹鋼等合金中形成的一種典型的馬氏體組織，鋼和不銹鋼等合金中形成的一種典型的馬氏體組織， 因其顯微組織是由許多成群的板條

3、組成，故稱為板因其顯微組織是由許多成群的板條組成，故稱為板 條狀馬氏體。又因為這種馬氏體的亞結(jié)構(gòu)主要為位條狀馬氏體。又因為這種馬氏體的亞結(jié)構(gòu)主要為位 錯，通常也稱為位錯型馬氏體。其光學(xué)顯微組織形錯，通常也稱為位錯型馬氏體。其光學(xué)顯微組織形 態(tài)如圖態(tài)如圖10.1810.18所示。所示。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 圖圖10.18 18Ni10.18 18Ni馬氏體時效鋼的板條馬氏體組織馬氏體時效鋼的板條馬氏體組織 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 板條馬氏體 光鏡下光鏡下 電鏡下電鏡下 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 圖圖10.19 10.19 板條馬氏體顯微組織構(gòu)成示意圖板條馬氏體顯微組織構(gòu)成示意圖 相

4、同慣習(xí)面的馬氏體相同慣習(xí)面的馬氏體 板條平行排列構(gòu)成馬板條平行排列構(gòu)成馬 氏體板條群，尺寸大氏體板條群，尺寸大 約為約為20-35微米。微米。 一個板條群又可分成幾個平行的區(qū)域，一個板條群又可分成幾個平行的區(qū)域，每每 一個小塊內(nèi)的板條均具有相同的取向。一個慣習(xí)面上可一個小塊內(nèi)的板條均具有相同的取向。一個慣習(xí)面上可 以有六個不同的取向。也有人認(rèn)為，一個板條內(nèi)只可能以有六個不同的取向。也有人認(rèn)為，一個板條內(nèi)只可能 形成兩種不問取間的塊。金相呈現(xiàn)為黑白交替的塊。形成兩種不問取間的塊。金相呈現(xiàn)為黑白交替的塊。 每個板條為一個馬氏體單晶體每個板條為一個馬氏體單晶體 一個板條群一個板條群 也可以只由也可以

5、只由 一種同位向一種同位向 束所組成束所組成 慣習(xí)面為慣習(xí)面為(111) 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 板條狀馬氏體由板條群所組成（圖中板條狀馬氏體由板條群所組成（圖中A），一個），一個 原始奧氏體晶粒內(nèi)可有幾個板條群。原始奧氏體晶粒內(nèi)可有幾個板條群。 板條群由若干尺寸大致相同的板條在空間位向大板條群由若干尺寸大致相同的板條在空間位向大 致平行排列所組成，一個板條群又可分成幾個平行的致平行排列所組成，一個板條群又可分成幾個平行的 區(qū)域（圖中區(qū)域（圖中B），稱為同位向束，同位向束之間呈大），稱為同位向束，同位向束之間呈大 角晶界。一個板條群也可以只由一種同位向束所組成角晶界。一個板條群也可以只由一

6、種同位向束所組成 （圖中（圖中C）。）。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 每個同位向束由若干個平行板條所組成（圖每個同位向束由若干個平行板條所組成（圖 中中D），每個板條為一個馬氏體單晶體。），每個板條為一個馬氏體單晶體。 馬氏體板條具有平直界面，界面近似平行于馬氏體板條具有平直界面，界面近似平行于 奧氏體的奧氏體的111 ，即其慣習(xí)面。 ，即其慣習(xí)面。 相同慣習(xí)面的馬氏體板條平行排列構(gòu)成馬氏相同慣習(xí)面的馬氏體板條平行排列構(gòu)成馬氏 體板條群。體板條群。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 馬氏體板條多被連續(xù)的殘余奧氏體薄膜（馬氏體板條多被連續(xù)的殘余奧氏體薄膜（20 納米）所隔開，且板條間殘余奧氏體薄膜的碳

7、含納米）所隔開，且板條間殘余奧氏體薄膜的碳含 量較高，在室溫下很穩(wěn)定，對鋼的機械性能會產(chǎn)量較高，在室溫下很穩(wěn)定，對鋼的機械性能會產(chǎn) 生顯著影響。生顯著影響。 相鄰馬氏體板條一般以小角晶界相間，也可相鄰馬氏體板條一般以小角晶界相間，也可 以呈孿晶關(guān)系，呈孿晶關(guān)系時板條間無殘余奧氏以呈孿晶關(guān)系，呈孿晶關(guān)系時板條間無殘余奧氏 體存在。體存在。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 亞結(jié)構(gòu)：馬氏體板條內(nèi)具有高密度位錯，其密度約亞結(jié)構(gòu)：馬氏體板條內(nèi)具有高密度位錯，其密度約 為為0.30.91012cm-2，與劇烈冷作硬化的鐵相似，與劇烈冷作硬化的鐵相似， 有時也會有少量相變孿晶。有時也會有少量相變孿晶。 位向關(guān)系

8、：在一個馬氏體板條群內(nèi)，馬氏體與奧氏位向關(guān)系：在一個馬氏體板條群內(nèi)，馬氏體與奧氏 體的位向關(guān)系均在體的位向關(guān)系均在K- -S和西山關(guān)系之間，并以處于和西山關(guān)系之間，并以處于 二者之間的二者之間的G-T關(guān)系最多。關(guān)系最多。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 板條狀馬氏體的顯微組織構(gòu)成隨鋼的成分變化板條狀馬氏體的顯微組織構(gòu)成隨鋼的成分變化 而改變。而改變。 碳含量小于碳含量小于0.3時，馬氏體板條群及群中的同時，馬氏體板條群及群中的同 位向束均很清晰；位向束均很清晰； 碳含量在碳含量在0.30.6，板條群清晰，而同位向，板條群清晰，而同位向 束不清晰；束不清晰； 碳含量在碳含量在0.60.8，板條混雜生

9、成的傾向性，板條混雜生成的傾向性 很強，無法辨認(rèn)板條群和同位向束。很強，無法辨認(rèn)板條群和同位向束。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 改變奧氏體化溫度可顯著改變奧氏體晶粒大小，但改變奧氏體化溫度可顯著改變奧氏體晶粒大小，但 對馬氏體板條寬度幾乎無影響。對馬氏體板條寬度幾乎無影響。 而板條群大小隨奧氏體晶粒增大而增大，且兩者之而板條群大小隨奧氏體晶粒增大而增大，且兩者之 比大致不變。比大致不變。所以一個奧氏體晶粒內(nèi)生成的馬氏體板所以一個奧氏體晶粒內(nèi)生成的馬氏體板 條群的數(shù)量基本不變。條群的數(shù)量基本不變。 隨淬火冷卻速度增大，馬氏體的板條群徑和同位隨淬火冷卻速度增大，馬氏體的板條群徑和同位 向束寬同時減

10、小。所以，淬火時加速冷卻有細(xì)化板條向束寬同時減小。所以，淬火時加速冷卻有細(xì)化板條 狀馬氏體組織的作用。狀馬氏體組織的作用。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 2 2片狀馬氏體片狀馬氏體 片狀馬氏體是鐵基合金中的另一種典型的馬氏體片狀馬氏體是鐵基合金中的另一種典型的馬氏體 組織，常見于淬火高、中碳鋼及高組織，常見于淬火高、中碳鋼及高Ni的的Fe-Ni合金中，合金中， 也稱透鏡片狀馬氏體，其光學(xué)顯微組織形態(tài)如圖也稱透鏡片狀馬氏體，其光學(xué)顯微組織形態(tài)如圖10.20 所示所示。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 圖圖10.20 Fe-32Ni10.20 Fe-32Ni合金的片狀馬氏體組織合金的片狀馬氏體組織 馬氏

11、體片之間不相互平行馬氏體片之間不相互平行 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 片狀馬氏體片狀馬氏體 光鏡下光鏡下 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 片狀馬氏體的空間形態(tài)呈雙凸透鏡片狀，也片狀馬氏體的空間形態(tài)呈雙凸透鏡片狀，也 稱為透鏡片狀馬氏體。稱為透鏡片狀馬氏體。 因其與試樣磨面相截在顯微鏡下呈針狀或竹因其與試樣磨面相截在顯微鏡下呈針狀或竹 葉狀，又稱為針狀或竹葉狀馬氏體。葉狀，又稱為針狀或竹葉狀馬氏體。 片狀馬氏體的亞結(jié)構(gòu)主要為孿晶，所以又稱片狀馬氏體的亞結(jié)構(gòu)主要為孿晶，所以又稱 為孿晶型馬氏體。為孿晶型馬氏體。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 片狀馬氏體的顯微組織特征為馬氏體片之間片狀馬氏體的顯微組織特征

12、為馬氏體片之間 不相互平行。不相互平行。 在一個成分均勻的奧氏體晶粒內(nèi)，在一個成分均勻的奧氏體晶粒內(nèi)， 冷卻至稍冷卻至稍 低于低于Ms點時，先形成的第一片馬氏體將貫穿整個點時，先形成的第一片馬氏體將貫穿整個 奧氏體晶粒而將其分割為兩半，使隨后形成的馬奧氏體晶粒而將其分割為兩半，使隨后形成的馬 氏體的大小受到限制。氏體的大小受到限制。因此片狀馬氏體的大小不因此片狀馬氏體的大小不 一，越是后形成的馬氏體片就越小。一，越是后形成的馬氏體片就越小。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 圖圖10.21 10.21 片狀馬氏體顯微組織示意圖片狀馬氏體顯微組織示意圖 慣習(xí)面為慣習(xí)面為(225)或或(259) 鋼中馬

13、氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 片狀馬氏體的慣習(xí)面為片狀馬氏體的慣習(xí)面為(225)或或(259)，與母，與母 相的位向關(guān)系為相的位向關(guān)系為K-S關(guān)系或西山關(guān)系。關(guān)系或西山關(guān)系。 片狀馬氏體內(nèi)有許多相變孿晶，孿晶接合部分片狀馬氏體內(nèi)有許多相變孿晶，孿晶接合部分 的帶狀薄筋稱為中脊，的帶狀薄筋稱為中脊，中脊為高密度的相變孿晶區(qū)。中脊為高密度的相變孿晶區(qū)。 相變孿晶的存在是片狀馬氏體組織的重要特征。孿相變孿晶的存在是片狀馬氏體組織的重要特征。孿 晶間距大約為晶間距大約為5nm，一般不擴(kuò)展到馬氏體邊界上，一般不擴(kuò)展到馬氏體邊界上， 在馬氏體片邊緣區(qū)域則為復(fù)雜的位錯組列。在馬氏體片邊緣區(qū)域則為復(fù)雜的位錯組列。 鋼

14、中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 根據(jù)亞結(jié)構(gòu)的差異，可將片狀馬氏體的亞結(jié)根據(jù)亞結(jié)構(gòu)的差異，可將片狀馬氏體的亞結(jié) 構(gòu)分為以中脊為中心的相變孿晶區(qū)（中間部分）構(gòu)分為以中脊為中心的相變孿晶區(qū)（中間部分） 和無孿晶區(qū)（片的周圍部分，存在位錯）。和無孿晶區(qū)（片的周圍部分，存在位錯）。 孿晶區(qū)所占比例隨合金成分變化而異。孿晶區(qū)所占比例隨合金成分變化而異。 在在Fe-Ni合金中，合金中，Ni含量越高（含量越高（Ms點越低），點越低）， 則孿晶區(qū)所占比例就越大。則孿晶區(qū)所占比例就越大。 對同一成分合金，隨對同一成分合金，隨Ms點降低（如改變奧氏點降低（如改變奧氏 體化溫度）孿晶區(qū)所占比例也增大。體化溫度）孿晶區(qū)所占比

15、例也增大。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 3 3其他馬氏體形態(tài)其他馬氏體形態(tài) 1 1）蝶狀馬氏體）蝶狀馬氏體 在在FeNi合金和合金和FeNi(Cr)C合金中，當(dāng)馬合金中，當(dāng)馬 氏體在板條狀馬氏體和片狀馬氏體的形成溫度范氏體在板條狀馬氏體和片狀馬氏體的形成溫度范 圍之間的溫度區(qū)域形成時，會出現(xiàn)具有特異形態(tài)圍之間的溫度區(qū)域形成時，會出現(xiàn)具有特異形態(tài) 的馬氏體，的馬氏體，這種馬氏體的立體形態(tài)為這種馬氏體的立體形態(tài)為“V”形柱狀形柱狀 ，其斷面呈蝴蝶形，故稱為蝶狀馬氏體或多角狀，其斷面呈蝴蝶形，故稱為蝶狀馬氏體或多角狀 馬氏體。馬氏體。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 圖圖10.22 Fe-18Ni-0.

16、7Cr-0.5C10.22 Fe-18Ni-0.7Cr-0.5C合金的蝶狀馬氏體合金的蝶狀馬氏體 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 蝶狀馬氏體兩翼的慣習(xí)面為蝶狀馬氏體兩翼的慣習(xí)面為225，兩翼相，兩翼相 交的結(jié)合面為交的結(jié)合面為100。電鏡觀察證實，蝶。電鏡觀察證實，蝶狀馬氏狀馬氏 體的內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)為高密度位錯，無孿晶存在，與體的內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)為高密度位錯，無孿晶存在，與 母相的晶體學(xué)位向關(guān)系大體上符合母相的晶體學(xué)位向關(guān)系大體上符合K-S關(guān)系。關(guān)系。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 2 2）薄片狀馬氏體）薄片狀馬氏體 在在Ms點極低的點極低的Fe-Ni-C合金中可觀察到一種厚合金中可觀察到一種厚 度約為度約為

17、310m的薄片狀馬氏體，其立體形態(tài)為的薄片狀馬氏體，其立體形態(tài)為 薄片狀，與試樣磨面相截呈寬窄一致的平直帶狀，薄片狀，與試樣磨面相截呈寬窄一致的平直帶狀， 帶可以相互交叉，呈現(xiàn)曲折、分枝等形態(tài)，如圖帶可以相互交叉，呈現(xiàn)曲折、分枝等形態(tài)，如圖 10.2310.23所示。所示。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 圖圖10.23 Fe-31Ni-0.28C10.23 Fe-31Ni-0.28C合金的薄片狀馬氏體合金的薄片狀馬氏體 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 薄片狀馬氏體的慣習(xí)面為薄片狀馬氏體的慣習(xí)面為259，與奧氏，與奧氏 體之間的位向關(guān)系為體之間的位向關(guān)系為K-S關(guān)系，內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)為關(guān)系，內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)為 1

18、12孿晶孿晶，孿晶的寬度隨碳含量升高而減小。，孿晶的寬度隨碳含量升高而減小。平平 直的帶中無中脊，這是它與片狀馬氏體的不同之處。直的帶中無中脊，這是它與片狀馬氏體的不同之處。 電鏡下電鏡下 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 3 3）馬氏體馬氏體 上述各種馬氏體都是具有體心立方（正方）上述各種馬氏體都是具有體心立方（正方） 點陣結(jié)構(gòu)的馬氏體點陣結(jié)構(gòu)的馬氏體()。而在。而在奧氏體層錯能較低的奧氏體層錯能較低的 Fe-Mn-C或或Fe-Cr-Ni合金中有可能形成具有密排六合金中有可能形成具有密排六 方點陣結(jié)構(gòu)的方點陣結(jié)構(gòu)的馬氏體。馬氏體。馬氏體的光學(xué)顯微組織如馬氏體的光學(xué)顯微組織如 圖圖10.24所示。所

19、示。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 圖圖10.24 Fe-16.4Mn-0.09C10.24 Fe-16.4Mn-0.09C合金的合金的馬氏體馬氏體 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 馬氏體呈極薄的片狀馬氏體呈極薄的片狀，厚度僅為，厚度僅為100 300nm，其內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)為高密度層錯。，其內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)為高密度層錯。馬馬 氏體的氏體的慣習(xí)面為慣習(xí)面為111，與奧氏體之間的位，與奧氏體之間的位 向關(guān)系為：向關(guān)系為： 1110001， 。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 4 4影響馬氏體形態(tài)及其內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)的因素影響馬氏體形態(tài)及其內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)的因素 1）化學(xué)成分）化學(xué)成分 母相奧氏體的化學(xué)成分是影響馬氏體形態(tài)及母相奧

20、氏體的化學(xué)成分是影響馬氏體形態(tài)及 其內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)的主要因素，其中尤以碳含量最為重其內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)的主要因素，其中尤以碳含量最為重 要。在要。在Fe-C合金中合金中 0.3C以下 1.0C以上 0.31.0C 板條狀馬氏體 片狀馬氏體 板條狀和片狀的混和組織 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 0.45%C0.2%C1.2%C 馬氏體馬氏體 形態(tài)與形態(tài)與 含碳量含碳量 的關(guān)系的關(guān)系 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 在其它合金元素中在其它合金元素中: 凡能縮小凡能縮小相區(qū)的均能促使得到板條狀馬氏體；凡相區(qū)的均能促使得到板條狀馬氏體；凡 能擴(kuò)大能擴(kuò)大相區(qū)的將促使馬氏體形態(tài)從板條狀轉(zhuǎn)化為相區(qū)的將促使馬氏體形態(tài)從板條狀轉(zhuǎn)

21、化為 片狀。片狀。 能顯著降低奧氏體層錯能的合金元素（如能顯著降低奧氏體層錯能的合金元素（如Mn）將）將 促使轉(zhuǎn)化為促使轉(zhuǎn)化為馬氏體。馬氏體。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 2 2）馬氏體的形成溫度）馬氏體的形成溫度 隨馬氏體的形成溫度降低隨馬氏體的形成溫度降低 位錯孿晶 板條狀蝶狀片狀薄片狀 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 由于馬氏體相變是在由于馬氏體相變是在MsMf之間進(jìn)行之間進(jìn)行 的，因此，對于一定成分的奧氏體來說，的，因此，對于一定成分的奧氏體來說， 有可能轉(zhuǎn)變成幾種不同形態(tài)的馬氏體有可能轉(zhuǎn)變成幾種不同形態(tài)的馬氏體 （圖（圖10.25）。）。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 圖圖10.25 Fe

22、-Ni-C10.25 Fe-Ni-C合金馬氏體形態(tài)與碳含量的關(guān)系合金馬氏體形態(tài)與碳含量的關(guān)系 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 Ms點較高的奧氏體，可能只形成板條狀馬氏體；點較高的奧氏體，可能只形成板條狀馬氏體； Ms點略低的奧氏體，可能形成板條狀與片狀的點略低的奧氏體，可能形成板條狀與片狀的 混合組織；混合組織； Ms點更低的奧氏體，不再形成板條狀馬氏體，點更低的奧氏體，不再形成板條狀馬氏體， 相變一開始就形成片狀馬氏體；相變一開始就形成片狀馬氏體； Ms點極低的奧氏體，片狀馬氏體也不再形成，點極低的奧氏體，片狀馬氏體也不再形成， 而只能形成薄片狀馬氏體。而只能形成薄片狀馬氏體。 鋼中馬氏體組織形

23、態(tài)、穩(wěn)定化 3 3）奧氏體的層錯能）奧氏體的層錯能 奧氏體的層錯能低時，易形成奧氏體的層錯能低時，易形成馬氏體。但馬氏體。但 層錯能對其它形態(tài)馬氏體的影響尚不統(tǒng)一。層錯能對其它形態(tài)馬氏體的影響尚不統(tǒng)一。 一般認(rèn)為，奧氏體的層錯能愈低，愈難于形成一般認(rèn)為，奧氏體的層錯能愈低，愈難于形成 相變孿晶，而愈趨向于形成位錯型馬氏體。如層相變孿晶，而愈趨向于形成位錯型馬氏體。如層 錯能極低的錯能極低的18-8不銹鋼在液氮溫度下也只能形成位不銹鋼在液氮溫度下也只能形成位 錯板條狀馬氏體。錯板條狀馬氏體。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 4 4）奧氏體與馬氏體的強度）奧氏體與馬氏體的強度 馬氏體的形態(tài)還與馬氏體的

24、形態(tài)還與Ms點處的奧氏體的屈服強點處的奧氏體的屈服強 度以及馬氏體的強度有關(guān)。度以及馬氏體的強度有關(guān)。 當(dāng)奧氏體屈服強度當(dāng)奧氏體屈服強度200MPa時，則形成強度較時，則形成強度較 高的高的259慣習(xí)面的片狀馬氏體。慣習(xí)面的片狀馬氏體。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 此現(xiàn)象的相變理論基礎(chǔ)是：相變應(yīng)力的松弛，此現(xiàn)象的相變理論基礎(chǔ)是：相變應(yīng)力的松弛， 若在奧氏體和馬氏體內(nèi)都以滑移變形方式進(jìn)行，若在奧氏體和馬氏體內(nèi)都以滑移變形方式進(jìn)行， 則形成則形成111 板條狀馬氏體； 板條狀馬氏體； 若在奧氏體內(nèi)以滑移變形方式，而在馬氏體內(nèi)以若在奧氏體內(nèi)以滑移變形方式，而在馬氏體內(nèi)以 孿生變形方式進(jìn)行，則形成孿生

25、變形方式進(jìn)行，則形成225 片狀馬氏體； 片狀馬氏體； 若只在馬氏體內(nèi)以孿生變形方式進(jìn)行，則形成若只在馬氏體內(nèi)以孿生變形方式進(jìn)行，則形成 259 片狀馬氏體。 片狀馬氏體。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 5 5）滑移和孿生變形的臨界分切應(yīng)力的大小）滑移和孿生變形的臨界分切應(yīng)力的大小 馬氏體的內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)取決于相變時的變形方式馬氏體的內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)取決于相變時的變形方式 是滑移變形還是孿生變形。是滑移變形還是孿生變形。 合金成分和溫度決定滑移變形和孿生變形的臨合金成分和溫度決定滑移變形和孿生變形的臨 界分切應(yīng)力的大小，因而決定馬氏體的亞結(jié)構(gòu)和形界分切應(yīng)力的大小，因而決定馬氏體的亞結(jié)構(gòu)和形 態(tài)，即滑移變形

26、和孿生變形的臨界分切應(yīng)力大小是態(tài)，即滑移變形和孿生變形的臨界分切應(yīng)力大小是 控制馬氏體亞結(jié)構(gòu)及其形態(tài)的因素。控制馬氏體亞結(jié)構(gòu)及其形態(tài)的因素。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 圖圖10.26 10.26 滑移和孿生的臨界分切應(yīng)力與溫度的關(guān)系滑移和孿生的臨界分切應(yīng)力與溫度的關(guān)系 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 若若T T0位于位于MsMf之間，之間， 在較高溫度（在較高溫度（MsT T0），滑移變形的臨界分切應(yīng)），滑移變形的臨界分切應(yīng) 力小于孿生變形的臨界分切應(yīng)力，馬氏體相變的力小于孿生變形的臨界分切應(yīng)力，馬氏體相變的 二次切變將以滑移變形的方式進(jìn)行，所以形成位二次切變將以滑移變形的方式進(jìn)行，所以形成位

27、錯型馬氏體；錯型馬氏體； 而在較低溫度（而在較低溫度（T T0Mf），孿生變形的臨界分切），孿生變形的臨界分切 應(yīng)力較低，馬氏體相變的二次切變則以孿生變形應(yīng)力較低，馬氏體相變的二次切變則以孿生變形 的方式進(jìn)行，所以形成孿晶型馬氏體。的方式進(jìn)行，所以形成孿晶型馬氏體。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 若若MsMf均高于均高于T T0，則全部形成位錯型，則全部形成位錯型 馬氏體；馬氏體； 相反，若相反，若MsMf均低于均低于T T0，則全部形成，則全部形成 孿晶型馬氏體。孿晶型馬氏體。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 10.2.3 10.2.3 奧氏體的穩(wěn)定化奧氏體的穩(wěn)定化 所謂奧氏體的穩(wěn)定化系指奧氏體的

28、內(nèi)部所謂奧氏體的穩(wěn)定化系指奧氏體的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)在外界因素作用下發(fā)生某種變化而使奧結(jié)構(gòu)在外界因素作用下發(fā)生某種變化而使奧 氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變呈現(xiàn)遲滯的現(xiàn)象。氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變呈現(xiàn)遲滯的現(xiàn)象。 通常把奧氏體的穩(wěn)定化分為熱穩(wěn)定化和通常把奧氏體的穩(wěn)定化分為熱穩(wěn)定化和 機械穩(wěn)定化兩類。機械穩(wěn)定化兩類。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 1 1奧氏體的熱穩(wěn)定化奧氏體的熱穩(wěn)定化 淬火時因緩慢冷卻或在冷卻過程中停留而淬火時因緩慢冷卻或在冷卻過程中停留而 引起奧氏體的穩(wěn)定性提高，使馬氏體轉(zhuǎn)變遲滯引起奧氏體的穩(wěn)定性提高，使馬氏體轉(zhuǎn)變遲滯 的現(xiàn)象稱為奧氏體的熱穩(wěn)定化。的現(xiàn)象稱為奧氏體的熱穩(wěn)定化。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化

29、 前已述及，在一般冷卻條件下降溫形成馬氏體前已述及，在一般冷卻條件下降溫形成馬氏體 的轉(zhuǎn)變量只取決于最終冷卻溫度，而與時間無關(guān)。的轉(zhuǎn)變量只取決于最終冷卻溫度，而與時間無關(guān)。 但若但若在在Ms點以下點以下TA溫度停留一段時間后再繼續(xù)冷溫度停留一段時間后再繼續(xù)冷 卻，則馬氏體轉(zhuǎn)變并不立即恢復(fù)，而是要冷至卻，則馬氏體轉(zhuǎn)變并不立即恢復(fù)，而是要冷至Ms 溫度后才重新形成馬氏體，即要滯后溫度后才重新形成馬氏體，即要滯后（TA- - Ms）度相變才能繼續(xù)進(jìn)行（如圖度相變才能繼續(xù)進(jìn)行（如圖10.27所示）。所示）。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 圖圖10.27 Ms10.27 Ms點以下奧氏體熱穩(wěn)定化現(xiàn)象示意圖

30、點以下奧氏體熱穩(wěn)定化現(xiàn)象示意圖 轉(zhuǎn)變量減少了轉(zhuǎn)變量減少了（M1M2） 瞬時形核，瞬時長大，瞬時形核，瞬時長大， 而與時間無關(guān)而與時間無關(guān) C、N原子向馬氏體核胚的原子向馬氏體核胚的 位錯界面偏聚，包圍馬氏位錯界面偏聚，包圍馬氏 體核胚，直至足以釘扎它，體核胚，直至足以釘扎它， 阻止其長大成馬氏體晶核。阻止其長大成馬氏體晶核。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 與正常冷卻相比，在相同溫度與正常冷卻相比，在相同溫度TR（如室溫）（如室溫） 下的轉(zhuǎn)變量減少了下的轉(zhuǎn)變量減少了（M1M2）或殘余奧氏）或殘余奧氏 體量增加了體量增加了，值的大小與測定溫度值的大小與測定溫度TR有關(guān)。有關(guān)。 奧氏體的熱穩(wěn)定化程度可

31、以用滯后溫度間隔奧氏體的熱穩(wěn)定化程度可以用滯后溫度間隔 或某一溫度下殘余奧氏體增量或某一溫度下殘余奧氏體增量來度量。來度量。 主要與等溫溫度、奧氏體轉(zhuǎn)變量和等溫時間、主要與等溫溫度、奧氏體轉(zhuǎn)變量和等溫時間、 化學(xué)成分等有關(guān)?；瘜W(xué)成分等有關(guān)。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 奧氏體的熱穩(wěn)定化有一個溫度上限，常以奧氏體的熱穩(wěn)定化有一個溫度上限，常以 Mc表示。在表示。在Mc點以上等溫停留時并不產(chǎn)生熱穩(wěn)定點以上等溫停留時并不產(chǎn)生熱穩(wěn)定 化，只有在化，只有在Mc點以下等溫停留或緩慢冷卻時才會點以下等溫停留或緩慢冷卻時才會 引起熱穩(wěn)定化。引起熱穩(wěn)定化。 對于不同的鋼種，對于不同的鋼種，Mc點可以低于點可以低

32、于Ms點，也可點，也可 以高于以高于Ms點。對于點。對于Mc點高于點高于Ms點的鋼種，在點的鋼種，在Ms點點 以上等溫或緩慢冷卻時也會產(chǎn)生熱穩(wěn)定化現(xiàn)象。以上等溫或緩慢冷卻時也會產(chǎn)生熱穩(wěn)定化現(xiàn)象。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 一般情況下，等溫溫度越高，淬火后獲得的一般情況下，等溫溫度越高，淬火后獲得的 馬氏體量就越少，即馬氏體量就越少，即值就越大，這說明奧氏體值就越大，這說明奧氏體 熱穩(wěn)定化程度也就越高。熱穩(wěn)定化程度也就越高。 但當(dāng)?shù)葴販囟瘸^一定限度后，隨等溫溫度但當(dāng)?shù)葴販囟瘸^一定限度后，隨等溫溫度 的升高，奧氏體穩(wěn)定化的程度反而下降，這種現(xiàn)的升高，奧氏體穩(wěn)定化的程度反而下降，這種現(xiàn) 象稱為

33、反穩(wěn)定化。象稱為反穩(wěn)定化。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 已轉(zhuǎn)變的馬氏體量對奧氏體的熱穩(wěn)定化程已轉(zhuǎn)變的馬氏體量對奧氏體的熱穩(wěn)定化程 度也有很大影響，奧氏體的熱穩(wěn)定化程度隨已轉(zhuǎn)度也有很大影響，奧氏體的熱穩(wěn)定化程度隨已轉(zhuǎn) 變馬氏體量的增多而增大。變馬氏體量的增多而增大。 這說明馬氏體形成時對周圍奧氏體的機械作這說明馬氏體形成時對周圍奧氏體的機械作 用促進(jìn)了奧氏體熱穩(wěn)定化程度的發(fā)展。所以，研用促進(jìn)了奧氏體熱穩(wěn)定化程度的發(fā)展。所以，研 究奧氏體熱穩(wěn)定化的影響因素時，均需固定馬氏究奧氏體熱穩(wěn)定化的影響因素時，均需固定馬氏 體的轉(zhuǎn)變量。體的轉(zhuǎn)變量。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 在一定的等溫溫度下，停留時間越

34、長，則在一定的等溫溫度下，停留時間越長，則 達(dá)到的奧氏體熱穩(wěn)定化程度就越高，如圖達(dá)到的奧氏體熱穩(wěn)定化程度就越高，如圖10.28 所示。所示。 比較圖中不同等溫溫度下的曲線可以看出，比較圖中不同等溫溫度下的曲線可以看出， 等溫溫度越高，達(dá)到最大熱穩(wěn)定化程度所需的等溫溫度越高，達(dá)到最大熱穩(wěn)定化程度所需的 時間就越短?？梢?，熱穩(wěn)定化動力學(xué)過程是同時間就越短?？梢?，熱穩(wěn)定化動力學(xué)過程是同 時與溫度和時間有關(guān)的。時與溫度和時間有關(guān)的。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 圖圖10.28 10.28 等溫停留時間對熱穩(wěn)定化程度的影響等溫停留時間對熱穩(wěn)定化程度的影響 ( (含碳含碳0.96%0.96%的低合金鋼的低

35、合金鋼) ) 停留時間越長，則達(dá)停留時間越長，則達(dá) 到的奧氏體熱穩(wěn)定化到的奧氏體熱穩(wěn)定化 程度就越高。程度就越高。 等溫溫度越高，達(dá)到等溫溫度越高，達(dá)到 最大熱穩(wěn)定化程度所最大熱穩(wěn)定化程度所 需的時間就越短。需的時間就越短。 可見，熱穩(wěn)定化動力可見，熱穩(wěn)定化動力 學(xué)過程是同時與溫度學(xué)過程是同時與溫度 和時間有關(guān)的。和時間有關(guān)的。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 化學(xué)成分對奧氏體的熱穩(wěn)定化有明顯的影響，化學(xué)成分對奧氏體的熱穩(wěn)定化有明顯的影響， 其中尤以其中尤以C和和N最為重要。最為重要。 在在Fe-Ni合金中，只有當(dāng)合金中，只有當(dāng)C和和N的總含量超過的總含量超過 0.01時才能發(fā)生熱穩(wěn)定化現(xiàn)象。時才

36、能發(fā)生熱穩(wěn)定化現(xiàn)象。無碳的無碳的Fe-Ni合合 金無熱穩(wěn)定化現(xiàn)象。金無熱穩(wěn)定化現(xiàn)象。 在鋼中，碳含量增高可使奧氏體的熱穩(wěn)定化在鋼中，碳含量增高可使奧氏體的熱穩(wěn)定化 程度增大。程度增大。 鋼中常見的碳化物形成元素鋼中常見的碳化物形成元素CrCr、MoMo、V V等有促等有促 進(jìn)熱穩(wěn)定化的作用；而非碳化物形成元素進(jìn)熱穩(wěn)定化的作用；而非碳化物形成元素NiNi、SiSi 等對熱穩(wěn)定化的影響不大。等對熱穩(wěn)定化的影響不大。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 奧氏體熱穩(wěn)定化的機制奧氏體熱穩(wěn)定化的機制 一般認(rèn)為一般認(rèn)為與原子的熱運動有關(guān)，即認(rèn)為與原子的熱運動有關(guān)，即認(rèn)為是是 由于由于C、N原子在適當(dāng)溫度下向晶體點陣

37、缺陷處原子在適當(dāng)溫度下向晶體點陣缺陷處 偏聚（偏聚（C、N原子釘扎位錯），因而強化了奧氏原子釘扎位錯），因而強化了奧氏 體，使馬氏體相變的切變阻力增大所致。體，使馬氏體相變的切變阻力增大所致。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 根據(jù)馬氏體相變的位錯形核理論，在等溫停根據(jù)馬氏體相變的位錯形核理論，在等溫停 留時，留時，C、N原子向馬氏體核胚的位錯界面偏聚，原子向馬氏體核胚的位錯界面偏聚， 包圍馬氏體核胚，直至足以釘扎它，阻止其長大包圍馬氏體核胚，直至足以釘扎它，阻止其長大 成馬氏體晶核。成馬氏體晶核。 所以滯后溫度所以滯后溫度值的意義是為了獲得額外化值的意義是為了獲得額外化 學(xué)驅(qū)動力以克服由于學(xué)驅(qū)動力以克服由于C、N原子釘扎位錯界面而增原子釘扎位錯界面而增 加的相變阻力所需要的過冷度。加的相變阻力所需要的過冷度。 鋼中馬氏體組織形態(tài)、穩(wěn)定化 按照這個模型，熱穩(wěn)定化程度應(yīng)與界面釘扎強按照這個模型，熱穩(wěn)定化程度應(yīng)與界面釘扎強 度（或界面上溶質(zhì)原子濃度）成正比。這種理論上度（或界面上溶質(zhì)原子濃度）成正比。這種理論上 預(yù)見的熱穩(wěn)定化動力學(xué)與實驗結(jié)果基本符合。預(yù)見的熱穩(wěn)定化動力學(xué)與實驗結(jié)果基本符合。 實驗證據(jù)：實驗證據(jù)： 在在Fe-Ni合金中測得，奧氏體熱穩(wěn)定化時屈服強度升合金中測得，奧氏體熱穩(wěn)定化時屈服強度升 高高l3，因而使馬氏體相變的切變阻力增大，引起，因而使馬氏