马氏体时效钢的热处理工艺及应用.pdf(贝氏体、马氏体、珠光体的比较)
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马氏体时效钢的热处理工艺及应用.pdf
摘要：马氏体时效钢是一种超高强度钢，是通过时效过程中从过饱和固溶体(马氏体)中析出Co、Mo、Ti。
马氏体时效钢的热处理工艺比较简单，主要为退火、时。
中图分类号：TG142．24文献标识码：A文章编号：1008-1690(2010)05-0015005。
LIChengkui．YINJunlin一．YANBiao’。
2．ShanghaiKeyLab．ofD&AforMetalFunctionalMaterials，Shanghai)。
carbidesofcobalt，molybdenum，titaniumandotheralloyingelementsfromthesupersaturatedsolidsolution(mar。
rfacturetoughness，weldability，coldorhotworkabilityandstress-corrosionresistance．Theheattreatmentproces-。
ragingsteelshavebeenextensivelyappliedtosuchfieldsasaeronautical&astronauticalindustries．marineengi-。
Keywords：maragingsteel；heattreatment；mechanicalproperty。
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贝氏体、马氏体、珠光体的比较
珠光体的片层间距主要取决于珠光体形成时的过冷度，而与奥氏体晶粒度无关。
上贝氏体为成束分布、平行排列的条状铁素体和夹于其间的断续条状渗碳体的混合物。
多在奥氏体晶界形核，自晶界的一侧或两侧向晶内长大，具有羽毛状特征。
下贝氏体形成于贝氏体转变区较低温度范围，中、高碳钢大约在350℃-Ms之间温度形成。
下贝氏体铁素体的亚结构为位错，密度比上贝氏体高。
板条马氏体是低、中碳钢中形成的一种典型马氏体组织，在一个原奥氏体晶粒内部有几个（3－5个）马氏体板条束，板条束间取向随意；在一个板条束内有若干个相互平行的板条块，块间是大角晶界；在一个板条块内是若干个相互平行的马氏体板条，板条间是小角晶界。
马氏体板条内存在大量的位错，所以板条马氏体的亚结构是高密度的位错和位错缠结。
片状马氏体是中、高碳钢中形成的一种典型马氏体组织，在一个原奥氏体晶粒内部有许多相互有一定角度的马氏体片。
马氏体片的空间形态为双凸透镜状，横截面为针状或竹叶状。
在原奥氏体晶粒中首先形成的马氏体片贯穿整个晶粒，将奥氏体晶粒分割，以后陆续形成的马氏体片越来越小，所以马氏体片的尺寸取决于原始奥氏体晶粒的尺寸。
当碳含量较高时，在马氏体片中可以看到中脊，中脊面是密度很高的微孪晶区。
珠光体转变温度较高，原子扩散能力较强，在较小的过冷度时就可以发生珠光体转变。
由于碳的扩散，降低了形成贝氏体中铁素体的碳含量，使铁素体的自由能降低，增大了新旧两相的自由能差，提高了相变驱动力。
驱动力是在转变温度下奥氏体与马氏体的自由能差，而转变阻力是界面能和界面弹性应变能。
马氏体相变新相与母相完全共格，同时体积效应很大，因此界面弹性应变能很大。
珠光体转变温度较高，铁原子和碳原子都可以发生扩散，属于扩散型相变。
长大：横向长大很好理解：形成一片渗碳体后，两侧奥氏体中碳浓度下降，促进了铁素体形核，并平行于渗碳体片生长，结果又导致渗碳体片的形核与长大，最后得到片层相间的平行的珠光体团。
贝氏体转变是一个形核长大的过程，形核需要有一定的孕育期。
在孕育期内碳原子在奥氏体中重新分布，形成贫碳区，并成为铁素体的形核部位，达到临界晶核尺寸后，将不断长大。
铁素体晶核长大过程中，过饱和的碳从铁素体向奥氏体中扩散，并于铁素体条间或铁素体内部沉淀析出碳化物，因此贝氏体长大速度受碳的扩散控制。
贝氏体转变包括铁素体的成长与碳化物的析出两个基本过程，它们决定了贝氏体中两个基本相的特征。
由于碳在铁素体中的扩散速度大于在奥氏体中的扩散速度，碳在铁素体两侧的奥氏体中富集，到一定程度时，在铁素体条间沉淀出渗碳体。
因此在铁素体长大的同时，碳原子只能在铁素体的某些亚晶界或晶面上聚集，进而沉淀析出细片状碳化物。
在一片铁素体长大的同时，其它方向的铁素体也会形成。
自促发形核：已经生成的马氏体能促发未转变母相的形核，称为自促发形核。
一个原奥氏体晶粒内部往往在某一处形成几片马氏体。
晶界不是马氏体占优势的形核部位，等温转变主要是自促发形核。
珠光体形核率和长大速率与形成温度的关系：随转变温度降低，过冷度增大，奥氏体与珠光体自由能差增大，转变动力增大，形核率增大。
随转变温度降低，原子活动能力减弱，形核率减小。
随转变温度降低，原子扩散速度减慢，晶核长大速度降低。
随转变温度降低，奥氏体中的碳浓度差增大，碳浓度扩散速度提高，晶核长大速度提高。
随转变温度降低，珠光体片层间距减小，C原子运动距离减小，珠光体长大速度提高珠光体的形核和长大速度与转变温度的关系曲线均有极大值。
随转变时间增加，转变速度提高，当转变量超过50%时，转变速度又逐渐降低，直至转变完成。
碳含量：亚共析钢，碳含量增加，先共析铁素体析出速度降低，珠光体转变速度也降低。
过共析钢，碳含量增加，先共析渗碳体析出速度增大，珠光体转变速度提高。
奥氏体晶粒度的影响：奥氏体晶粒细小，先共析相和珠光体的形成速度提高。
应力和塑性变形的影响：对奥氏体进行拉应力或塑性变形，珠光体转变速度加快。
具有孕育期，开始阶段转变速度较低，然后迅速增大，随后逐渐减小，趋于恒定。
提高奥氏体化温度和钢的合金化程度，使转变不完全性增大。
继续等温，残余奥氏体可能转变为珠光体或一直保持不变。
下贝氏体的转变速度取决于碳在铁素体中的扩散速度。
奥氏体快冷至Ms点以下时，立即生成一批马氏体，不需要孕育期。
温度继续下降，又出现第二批马氏体，而先形成的马氏体不再长大，直至Mf温度转变结束。
马氏体转变导致体积膨胀，使剩余的奥氏体受到压应力，发生塑性变形，产生强化，继续转变为马氏体的阻力增大。
因此在某一温度马氏体转变结束后，要继续转变，必须继续降温，提供更大的相变驱动力。
Ms点低于0℃的Fe-Ni合金冷却到0℃以下的某一温度（Mb）时，马氏体相变突然发生，并伴有声响，放出相变潜热。
Ms点略低于0℃的Fe-Ni-C合金在0℃放置时，试样表面会发生马氏体转变。
这种在稍高于合金Ms点温度下试样表层发生的马氏体转变称为马氏体表面转变，得到的马氏体为表面马氏体。
2、贝氏体转变是形核长大过程；铁素体按共格切变方式长大，产生表面浮凸；碳原子可以扩散，铁素体长大速度受碳扩散控制，速度较慢。
4、较高温度形成的贝氏体中碳化物分布在铁素体条之间，较低温度形成的贝氏体中碳化物主要分布在铁素体条内部；随形成温度下降，贝氏体中铁素体的碳含量升高。
6、上贝氏体中铁素体的惯习面是(111)；下贝氏体铁素体的惯习面是(225)；贝氏体中铁素体与奥氏体之间存在K-S位向关系。
由于切变导致在抛光试样表面在马氏体相变之后产生凸起，即表面浮凸现象。
原子不发生扩散，但发生集体运动，原子间相对运动距离不超过一个原子间距，原子相邻关系不变。
4、马氏体转变是在一定温度范围内完成的：。
马氏体转变开始后，必须在不断降低温度的条件下才能使转变继续进行，如冷却中断，则转变立即停止。
从以上分析可以看出，马氏体转变需要在一个温度范围内连续冷却才能完成。
Fe-C合金很难发生马氏体逆转变，因为马氏体加热尚未达到As点时，马氏体就发生了分解，析出碳化物，因此得不到马氏体逆转变。
奥氏体晶粒尺寸和珠光体团尺寸相关，其尺寸越大，综合性能越低。
球状珠光体强度较低，但塑性较好，疲劳性能较高。
通过热处理可以改变珠光体中碳化物的形态、大小和分布，从而改变珠光体的机械性能。
亚共析钢中的碳含量决定了珠光体含量，影响合金的强度、塑性、冲击功和脆性转变温度，先共析铁素体晶粒尺寸对钢的性能也有很大影响。
使高碳钢获得片层间距细小的珠光体（索氏体），再经过深度冷拔，可以获得高强度钢丝。
这样的处理称为派敦(Patenting)处理。
索氏体具有良好的冷拔性能：铁素体片薄，位错滑移距离小；渗碳体片薄，可发生弹性弯曲。
派敦处理的应用：钢丝绳，琴用钢丝，弹簧钢丝。
马氏体的硬度随碳含量的增加而升高，当碳含量达到0.6%时，由于残余奥氏体量增加，钢的硬度不再增加。
马氏体高强度的主要原因包括相变强化、固溶强化和时效强化。
碳含量高于0.4%后，碳原子之间距离太近，畸变偶极应力场相互抵消，强化效果减弱。
(6)原始奥氏体晶粒和板条马氏体束尺寸的影响。
孪晶型马氏体韧性较低的原因：回火时，碳化物沿孪晶面析出呈不均匀分布，或碳原子在孪晶界偏聚。
位错型马氏体同时还具有脆性转变温度低、缺口敏感性低等优点。
金属及合金在相变过程中塑性增大，往往在低于母相屈服强度的条件下即发生了塑性变形，这种现象称为相变塑性。
马氏体相变过程中发生的相变塑性称为马氏体相变塑性。
塑性变形引起的局部应力集中可以由马氏体相变而得到松弛，因而可防止微裂纹的形成。
奥氏体不锈钢与马氏体不锈钢的区别
奥氏体不锈钢是指含铬（18%）、镍（8-25%）和C（0.1%）时奥氏体组织稳定的不锈钢。
奥氏体不锈钢无磁性，韧性和塑性高，但强度低。
奥氏体不锈钢牌号可分为两大类：Cr-Ni（300系列）和Cr-Ni-Mn-N（200系列）。
无锡中兴溢德相信大家从以上内容可以看出，奥氏体不锈钢与马氏体不锈钢的区别就在于化学成分。
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