馬氏體的性能和影響因素(10級)

6.5馬氏體的性能及影響因素2023/4/2314.8.1馬氏體的硬度和強度

一.馬氏體的高硬度和高強度1.鋼中馬氏體力學性能的顯著特點是具有高硬度和高強度。2.馬氏體的硬度主要取決于馬氏體的含碳量。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0.6%時，硬度增長趨勢下降。3.淬火鋼的硬度取決于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。4.馬氏體的屈服強度隨含碳量的增加而升高。

含碳量對馬氏體的強度與硬度的影響2023/4/232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(guān)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(zhuǎn)化為馬氏體，所得即為馬氏體硬度和碳含量關(guān)系。

曲線2是亞共析鋼高于AC3、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。2023/4/2331.相變強化

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(jié)構(gòu)。如板條馬氏體中高密度的位錯、片狀馬氏體中的孿晶或?qū)渝e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(zhì)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。2023/4/2342.固溶強化

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。3.時效強化

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。2023/4/235含碳量對馬氏體顯微硬度的影響4.孿晶對馬氏體強度的貢獻當碳含量小于0.3%時，由于位錯強化，使強度與碳含量呈直線關(guān)系；當碳含量大于0.3%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。2023/4/236

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。

0.2=608+69dγ-1/2

或0.2=449+60dM-1/2dγ為奧氏體晶粒直徑(mm)

dM為馬氏體板條束直徑(mm)

0.2單位為MPa。2023/4/237

6.5.2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(jié)構(gòu)。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0.4%時，馬氏體具有高韌性；當碳含量大于0.4%時，馬氏體韌性很低?？傊?，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)為位錯，具有很高的強度和良好的塑、韌性。2023/4/2386.5.3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。2023/4/239

6.5.4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。

1.比容馬氏體比容最大

2.磁性高的鐵磁性和矯頑力

3.電阻馬氏體的電阻率比P大

2023/4/23106.5.5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。2023/4/2311(一)影響形成顯微裂紋因素

1.含碳量當WC<1.4%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>1.4%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1.4%，故為降低SV，應盡可能降低含碳量。2023/4/23122.奧氏體晶粒度奧氏體晶粒度越大，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。3.淬火冷卻溫度淬火冷卻溫度越低，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。

4.馬氏體轉(zhuǎn)變量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。2023/4/2313

(二)減少顯微裂紋的途徑1.降低高碳鋼的奧氏體化溫度，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