马氏体PPT幻灯片.ppt(低碳马氏体在模具中的应用)
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马氏体PPT幻灯片.ppt
马氏体组织起源马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。
最先由德国冶金学家AdolfMartens(1850-1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中发现。
马氏体的三维组织形态通常有片状(plate)或者板条状(lath)，但是在金相观察中（二维）通常表现为针状（needle-shaped），这也是为什么在一些地方通常描述为针状的原因。
马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT）。
高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一。
中文名：马氏体外文名：martensite19世纪90年代最先由德国冶金学家阿道夫马滕斯（AdolfMartens，1850-1914）于在一种硬矿物中发现。
马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中发现的：将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。
1895年法国人奥斯蒙（F.Osmond）为纪念德国冶金学家马滕斯（A.Martens），把这种组织命名为马氏体(Martensite)。
人们最早只把钢中由奥氏体转变为马氏体的相变称为马氏体相变。
20世纪以来，对钢中马氏体相变的特征累积了较多的知识，又相继发现在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变，如：Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-□n、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。
目前广泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体（见固态相变）。
中低碳钢淬火获得板条状马氏体，板条状马氏体是由许多束尺寸大致相同，近似平行排列的细板条组成的组织，各束板条之间角度比较大；高碳钢淬火获得针状马氏体，针状马氏体呈竹叶或凸透镜状，针叶一般限制在原奥氏体晶粒之内，针叶之间互成60或120角。
马氏体转变同样是在一定温度范围内（Ms-Mz）连续进行的，当温度达到Ms点以下，立即有部分奥氏体转变为马氏体。
板条状马氏体有很高的强度和硬度，较好的韧性，能承受一定程度的冷加工；针状马氏体又硬又脆，无塑性变形能力。
马氏体转变速度极快，转变时体积产生膨胀，在钢丝内部形成很大的内应力，所以淬火后的钢丝需要及时回火，防止应力开裂。
[1]形态特征马氏体的三维组织形态通常有片状(plate)或者板条状(lath)，片状马氏体在金相观察中（二维）通常表现为针状（needle-shaped），这也是为什么在一些地方通常描述为针状、竹叶状的原因，板条状马氏体在金相观察中为细长的条状或板状。
奥氏体中含碳量≥1%的钢淬火后，马氏体形态为片状马氏体，当奥氏体中含碳量≤0.2%的钢淬火后，马氏体形状基本为板条马氏体。
马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT）。
高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一，同时马氏体的脆性也比较高。
相变特征和机制：马氏体相变具有热效应和体积效应，相变过程是形核和长大的过程。
但核心如何形成，又如何长大，目前尚无完整的模型。
马氏体长大速率一般较大，有的甚至高达10cm/s。
人们推想母相中的晶体缺陷（如位错）的组态对马氏体形核具有影响，但目前实验技术还无法观察到相界面上位错的组态，因此对马氏体相变的过程，尚不能窥其全貌。
其特征可概括如下：马氏体相变是无扩散相变之一，相变时没有穿越界面的原子无规行走或顺序跳跃，因而新相（马氏体）承袭了母相的化学成分、原子序态和晶体缺陷。
马氏体相变时原子有规则地保持其相邻原子间的相对关系进行位移，这种位移是切变式的（图1切变式位移示意）。
原子位移的结果产生点阵应变(或形变)（图2原子位移产生点阵应变）。
这种切变位移不但使母相点阵结构改变，而且产生宏观的形状改变。
将一个抛光试样的表面先划上一条直线，如图3a马氏体相变时的形状改变中的PQRS，若试样中一部分(A□B□C□D□-A□B□C□D□)发生马氏体相变(形成马氏体),则PQRS直线就折成PQ、QR□及R□S□三段相连的直线，两相界面的平面A□B□C□D□及A□B□C□D□保持无应变、不转动，称惯习（析）面。
这种形状改变称为不变平面应变（图3马氏体相变时的形状改变）。
由图4高碳钢中马氏体的表面浮突600可见，高碳钢马氏体的表面浮突，它可由图5表面浮突示意示意，可见马氏体形成时，与马氏体相交的表面上发生倾动，在干涉显微镜下可见到浮突的高度以及完整尖锐的边缘（图6Co-30.5Ni合金形成六方马氏体时产生的表面浮突干涉图像）。
马氏体的惯习（析）面马氏体相变时在一定的母相面上形成新相马氏体，这个面称为惯习（析）面，它往往不是简单的指数面，如镍钢中马氏。
低碳马氏体在模具中的应用
通常模具用钢都采用合金工具钢、碳素工具钢和高速工具钢，其淬火后的组织主要是孪晶的亚结构，有显微裂纹的高碳针状、片状马氏体。
由于含碳量较高，碳化物形成元素较多，钢中不可避免的会存在网状、带状和链状碳化物，往往造成模具在使用中脆性断裂。
由于低碳马氏体亚结构是位错，具有较高的强度(硬度为45hrc～50hrc，屈服强度为1000mpa～1300mpa)、良好的塑性(5≥10%，≥40%)和韧性(akv≥59j)以及良好的冷加工性、可焊性和热处理畸变小等优点。
因此，如何使模具钢的淬火组织中得到更多的、甚至全部低碳马氏体，是提高模具强韧性、延长模具使用寿命的关键。
目前发展方向是低碳结构钢的淬火组织希望得到全部板条马氏体，以保证高的强韧性;对高碳钢倾向于降低碳含量或尽量降低淬火温度来减少孪晶马氏体数量，以保证材料的韧性;对中碳合金钢则倾向于采用高温淬火，得到较多或全部低碳马氏体组织，来提高断裂韧性。
低碳马氏体钢包括低碳碳素钢和低碳合金钢经低碳马氏体强烈淬火处理后，得到强韧性较高的低碳马氏体组织，代替中碳钢调质处理或低碳钢渗碳、渗氮处理，适用制造各种塑料模具，可显著模具制造周期，降低制造成本，提高使用寿命，在塑料模具热处理中广泛应用。
主要钢种为2cr13钢(0.16%～0.25%c)和1cr17ni2钢(0.11%～0.17%c)，适用于制造在腐蚀介质作用下的`塑料模具，透明塑料制品模具。
典型钢种为国产07cr16ni4cu3nb钢(≤0.07%c，简称cr)，该钢经1050℃淬火后获得单一的低碳马氏体组织，硬度为32hrc～35hrc，可以直接进行切削加工;经460℃～480℃时效处理后，硬度为42hrc～44hrc，良好的力学性能和抗蚀性。
例如聚三氟氯乙烯阀门盖模具，原采用45钢镀铬处理模具，使用寿命为1000～4000件，后改用低碳马氏体pcr钢，寿命可达10000～20000件。
国内也有不少应用低碳马氏体钢强烈淬火工艺制造冷作模具的实例。
(3)20crmnti钢压制铝套冷挤压模d16、d20型压制钢丝绳铝套冷挤压模原采用crwmn钢淬火回火后，硬度为45hrc～50hrc，尽管硬度要求在冷挤压模中较低，但是由于crwmn钢碳化物不均匀性比较严重，很难避免网状、带状碳化物，因此造成崩刃、开裂而早期失效，使用寿命仅为1000多件，有的仅几百件甚至几十件。
选用20crmnti钢制作d16、d20铝套冷挤压模，经950℃加热盐水淬火后，不回火直接使用，模具硬度为46hrc～48hrc，压制铝套2000多件，仍在继续使用。
2中碳合金钢冷作模具的低碳马氏体高温淬火。
(1)5crmnmo钢冷镦机螺母冷镦模的高温淬火将5crmnmo钢的淬火温度提高到900℃～950℃，可得到几乎是单一的低碳马氏体组织。
例如，用5crmnmo钢制作的z41.24型多工位冷镦机螺母冷镦模，经900℃～930℃加热，180℃分级淬火，200℃2次低温回火处理后，使用寿命比cr12mov钢的提高2.6倍，可完全取代t10a、9crsi、cr12mov钢制造较大截面的冷镦模。
(3)5crw2si钢冷剪切模的高温淬火5crw2si钢冷剪切模，经950℃淬火和250℃回火后，得到板条马氏体加少量均匀细化的碳化物和分布在板条马氏体边界的细小残留奥氏体的组织，可显著提高冷剪切模剪刃的强度和韧性，寿命提高1.5～5倍。
高碳钢冷作模具淬火温度愈低，奥氏体固溶碳含量也愈低，ms温度愈高，低碳马氏体数量愈多。
因此模具具有较高的耐磨性和强韧性，变形和开裂的几率很小。
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1.关于模具制造与加工应用中的CAD技术应用。
7.高精密测量设备在模具质量检测中的应用。
【原】【知识】一文看懂马氏体组织！
马氏体通常是体心立方结构，而母相奥氏体则是面心立方结构，马氏体是由母相奥氏体转变而来的。
在低、中碳钢，马氏体时效钢中出现，形成温度较高。
惯习面为(111)，晶体学位向关系符合K-S关系。
在中、高碳钢，高镍的Fe-Ni合金中出现，形成温度较低，呈双凸透镜状。
多数马氏体片中间有一条中脊面，相邻马氏体片互不平行，大小不一，片的周围有一定量的残余奥氏体。
①蝶状马氏体（人字形或角状马氏体）：形成温度介于板条马氏体与片状马氏体之间，形态特征和性能也介于两者之间。
低碳位错型马氏体具有相当高的强度和良好的韧性。
高碳孪晶型马氏体具有高的强度但韧性极差（原因：①亚结构为细小孪晶；②容易产生显微裂纹）。
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