位错马氏体与低碳马氏体型钢ppt课件

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1、位错马氏体与低碳马氏体型钢机器构件用钢前_60年代_后中碳钢经调质处置得到回火索氏体组织而运用与实践消费共析钢过冷所得索氏体组织回火索氏体组织开场推行运用整体淬火的低碳钢没有运用的缘由：淬透性差例如：95%M的临界直径，20钢在10%的食盐水中淬火为67mm；对其组织构造和力学性能规律认识缺乏。高压透射电子显微镜用以研讨钢的组织对其组织形状和精细构造有了正确认识在研讨中碳钢回火组织的多次冲击韧性时发现了低碳马氏体对钢件的良好的强韧性配合的作用位错马氏体与低碳马氏体型钢位错马氏体与低碳马氏体型钢板条M组织形状汽车轮胎螺栓马氏体马氏体按组织形状划分按组织形状划分板条状马氏体其他马氏体形状片状马氏体

2、C在-Fe中构成的过饱和固溶体位错马氏体孪晶马氏体影响M形状及其内部亚构造的要素1.化学成分 奥氏体中碳含量的影响最为重要，在碳钢中，当C含量：C1.0%时，生成片状M，亚构造为孪晶；C为0.31.0%时，生成混合型组织(片状+板条)。2.构成温度 MS点高的A，冷却后构成板条M，亚构造为位错;MS点低的A，冷却后构成片状M，亚构造为孪晶;MS点不高不低的A，冷却后构成混合型组织(片状+板条 M)，亚构造为位错+孪晶。片状马氏体出现于淬火中、高碳钢及高Ni的Fe-Ni合金中；立体外形呈双凸透镜状，断面为针状或竹叶状，所以又称针状马氏体或竹叶状马氏体；亚构造主要为孪晶，因此又称为孪晶型马氏体；马

3、氏体相变时，第一片分割奥氏体晶粒，以后的马氏体片愈来愈小，其片的大小几乎完全取决于奥氏体晶粒的大小。片状马氏体表示图片状马氏体片状马氏体的构成过程孪晶孪晶是指两个晶体或一个晶体的两部分沿一个公共晶面构成镜面对称的位向关系，这两个晶体就称为“孪晶，此公共晶面就称孪晶面。孪晶的构成与堆垛层错有亲密关系。依孪晶构成缘由的不同，可分为形变孪晶、生长孪晶和退火孪晶等。正由于孪晶与层错亲密相关，普通层错能高的晶体不易产生孪晶。蝶状马氏体蝶状马氏体出如今出如今Fe-Ni合金和合金和Fe-Ni-C合金中；合金中；在在0-60范围内构成；范围内构成；立体外形为细长杆状，断面呈蝴蝶状；立体外形为细长杆状，断面呈蝴

4、蝶状；内部亚构造为高密度位错，与母相晶体学关系大体上符合内部亚构造为高密度位错，与母相晶体学关系大体上符合K-S关系。关系。蝶状马氏体的显微组织蝶状马氏体的立体外形薄片状马氏体薄片状马氏体在在Ms点极低的点极低的Fe-Ni-C合合金中发现的；金中发现的；呈非常细的带状立体图呈非常细的带状立体图形为薄片状，带呈相形为薄片状，带呈相互交叉、分枝等特异形互交叉、分枝等特异形状；状；是由孪晶组成的全孪晶型是由孪晶组成的全孪晶型马氏体马氏体薄板状马氏体Fe-31Ni-0.23C马氏体马氏体晶体构造为密排六方点阵；晶体构造为密排六方点阵；易于在易于在Mn-Fe-C合金中构合金中构成；成；立体构造呈薄片状，

5、沿立体构造呈薄片状，沿111面呈魏氏组织面呈魏氏组织形状构成；形状构成；亚构造为大量的位错。亚构造为大量的位错。薄片状马氏体Fe-16.4Mn组织构造组织构造性能性能强韧性强韧性实践运用实践运用成分特点成分特点工艺工艺强韧机制强韧机制C0.3%不同要求时的合金元素低碳淬火马氏体低碳淬火马氏体位错马氏体位错马氏体 出现于低、中碳钢，马氏体时效钢，不锈钢等铁系合金中；其亚构造主要为位错，所以称其为位错马氏体；普通叫做板条马氏体；在板条内有时也会存在相变孪晶，但只是部分的，数量不多；与母相奥氏体的晶体学位相关系是K-S关系，惯习面是111低C-M的组织形状板条马氏体显微组织的晶体学特征表示图低碳钢的

6、马氏体组织构造低碳钢淬火马氏体组织低碳钢淬火马氏体自回火和回火组织淬火态组织：条状位错马氏体淬火态组织：条状位错马氏体+少量的条状孪晶马氏体和片状孪少量的条状孪晶马氏体和片状孪晶马氏体晶马氏体+自回火碳化物自回火碳化物+少量的少量的未转变奥氏体未转变奥氏体所用钢：用所用钢：用15，20，20Cr，18CrMnTi和和18Cr2Ni4WA等低等低碳渗碳用钢，以一定尺寸进展猛碳渗碳用钢，以一定尺寸进展猛烈的淬火处置可以得到均匀的马烈的淬火处置可以得到均匀的马氏体组织；氏体组织；低碳条状马氏体的亚构造其通常是由位错缠结而成的胞状亚构造；位错密度达10111012cm-2(普通的先共析铁素体位错密度要

7、比它低45个数量级)，且位错呈平直线状；少量孪晶的出现受Ms点位置和冷却速率的影响：Ms点低，冷速大，孪晶马氏体量就会增多。自回火Ms260的低碳低合金钢会发生淬火马氏体自回火景象；当Ms300 时，可以到达充分自回火，析出更多的碳化物；影响要素：Ms点位置、冷却速率和化学成分；低碳钢的Ms点较高，在工程上常用的淬火冷却条件下，是难以防止自回火的，而且比较容易到达充分自回火形状。自回火碳化物形状：粒状和杆状出现位置：位错M内 粒状碳化物总是在位错区域内析出 杆状碳化物呈多向分布，亦有相互平行排 列 的沿某个方向择优开展的初期长成自回火M组织在进展回火处置时将继续发生回火转变室温时效充分自回火M

8、一切条状M均产生碳化物沉淀可以发现碳化物在数量和尺寸上发生变化未充分自回火M部分条状M产生碳化物析出察看不到什么作用150200自回火碳 化物长大析出回火碳化物-碳化物或-碳化物250300 出现 的碳化物类型改动条状M的晶界上出现杆状碳化物500 晶内和晶界上碳化物明显球化600 碳化物聚集长大低碳M的位错亚构造在回火过程中的变化200：位错组态变化不明显；400：位错胞尺寸变大，缠结位错部分松 动；500：位错胞壁已渐消逝；600：位错根本消逝，位错呈网状和条状分布。低碳低碳钢淬钢淬火火M的强的强韧性韧性强度强度塑性塑性韧性韧性疲劳抗力疲劳抗力多次冲击抗力多次冲击抗力强度一 静强度的增高依

9、托它的C含量，与合金元素无关；在0.1%0.29%C范围内：0.2和b与C间呈线性变化 关系，0.01%C 0.2和b 分别添加约30MPa如右图 20系列钢的淬火M的0.2=1250MPa，b=1500MPa 右图所示为15钢静强度随回火温度升高而变化的情况 在250回火后静强度的降低比较明显。强度二 低碳钢零件尺寸较大，内层将出现以下组织：贝氏体、屈氏体、珠光体、先共析铁素体和中温块状铁素体；当上述组织含量0.2时如d=15mm钢件，心部铁素体含量高于10%便对钢件强度产生不利影响；所以该当留意：淬透性对低碳马氏体钢件性能的影响。强度三强度四 低碳马氏体具有较高的硬化指数n值：阐明低碳钢具

10、有高的形变强化和均匀分配强化的才干；较低的静载荷缺口敏感性。塑性低碳低碳Mb=1500MPa时，时，K=50-58%40Crb=1500MPa时时,K=52.3%低碳M组织的塑性是好的韧性(一)与中碳回火索氏体相比：与中碳回火索氏体相比：1、用、用FATT评价评价 低碳低碳M的冷脆倾向的冷脆倾向性较高性较高2、在等强度的条件下、在等强度的条件下 低碳低碳M的冷脆倾的冷脆倾向性较低；向性较低；随着冲击温度的随着冲击温度的降低，低碳降低，低碳M的的CVN值下降缓慢。在值下降缓慢。在-60时，其时，其CVN值可维持值可维持在在50J，而普通中碳回，而普通中碳回火索氏体仅为火索氏体仅为20J或更或更低

11、。低。韧性(二)普通中碳钢的断裂韧性KIC值随回火温度的上升而升高，但同时强度下降；低碳M在低温回火范围内，其KIC值和强度有着一样的变化趋势。所以，在低温回火时，低碳M的强韧性配合比较好。疲劳抗力疲劳抗力疲劳强度疲劳强度疲劳裂纹疲劳裂纹萌生与扩展萌生与扩展并没有明显的优势较低的疲劳缺口敏感性与中碳回火索氏体相比决议疲劳寿命的参量决议疲劳寿命的参量N0.1与与da/dN疲劳裂纹萌生期产生0.1mm裂纹所需的运转周次疲劳裂纹扩展速率高的N0.1值da/dN稍低于等强度的中碳回火组织较低的门槛值Kth图10-6 疲劳裂纹扩展门槛值Kth表示资料组织裂纹开场疲劳扩展的性能 其值越大，阻止裂纹开场疲劳

12、扩展的才干就越大，资料也就越好。多次冲击抗力多次冲击抗力 主要与资料强度有关，另外对塑性也有明显的要求 低碳M与等强度中碳钢回火态组织相比具有更好的塑性；较高的多次冲击抗力 另外，还有较低的多次冲击缺口敏感性低碳M强韧化机制强化机制倚赖于C的固溶强化 在刃位错附近偏聚构成Cottrell气团，在螺位错附近偏聚构成Snoek气团，呵斥强化；自回火碳化物的沉淀强化效应；M条束可以看成“有效晶粒，其宽度对组织屈服强度的作用符合Hall-Patch关系。实践运用机器零件用钢普通要求机器零件用钢普通要求良好的强韧性配合良好的强韧性配合高的抗疲劳和抗冲击性能高的抗疲劳和抗冲击性能高的耐磨性高的耐磨性低的缺

13、口敏感性低的缺口敏感性较严厉的化学成分控制较严厉的化学成分控制 只需刚件尺寸不很大，能保证淬火件的心部非M组织少于10%，用低碳M组织替代中碳回火S组织完全是有能够的。采用现有的低C钢和低C合金钢 例如：右图所示的鱼尾螺栓结合铁路钢轨的紧固螺栓，要求b1000MPa，原来用40B，如今改用含Mn的普通低C合金钢16Mn较低的Kth值和较高的疲劳裂纹扩展速率da/dN的问题低碳M本身具有良好的塑性和高的形变强化指数，阐明它具有较高的形变强化才干，经过预拉形变强化，或者外表滚压强化，以及喷丸强化，能有效的延伸疲劳寿命，可以使低C马氏体在性能上的这个短处得到弥补低碳马氏体型构造钢的设计性能要求：性能

14、要求：较高的强度程度，优良的强韧性配合；较高的强度程度，优良的强韧性配合；较高的疲劳极限；较高的疲劳极限；较高的冲击值，低的韧脆转化温度；较高的冲击值，低的韧脆转化温度；低的缺口敏感度。低的缺口敏感度。钢材运用组织的设计构思钢材运用组织的设计构思以条状位错马氏体为基体组织，在此基体上均匀分布以条状位错马氏体为基体组织，在此基体上均匀分布着着-碳化物或碳化物或-碳化物细微粒子，碳化物与基体碳化物细微粒子，碳化物与基体坚持着共格关系；在组织可允许存在很少量的片状坚持着共格关系；在组织可允许存在很少量的片状或条状孪晶马氏体；或条状孪晶马氏体；细小的马氏体条束；细小的马氏体条束；在马氏体条间存在着稳定

15、的奥氏体薄膜，其量为在马氏体条间存在着稳定的奥氏体薄膜，其量为5 51010；要思索以下的三个方面要思索以下的三个方面位错马氏体的获得；位错马氏体的获得；条间剩余奥氏体薄膜的构成；条间剩余奥氏体薄膜的构成；以及其他的强韧化控制组织要素的获得。以及其他的强韧化控制组织要素的获得。组织与成分设计碳量的定夺及合金元素的选择碳量的定夺碳量的定夺C C是控制低碳马氏体强化最为有效的要素。是控制低碳马氏体强化最为有效的要素。C C量主要视强韧性配量主要视强韧性配合要求而定；应不超越合要求而定；应不超越0.250.25,过量的过量的C C将出现间隙固溶，从将出现间隙固溶，从而降低韧塑性。而降低韧塑性。合金元

16、素的选择合金元素的选择各种合金元素对奥氏体相变的热力学和动力学的作用各不一样，各种合金元素对奥氏体相变的热力学和动力学的作用各不一样，对相变后组织构造的影响各不一样，从而使钢表现出不同的对相变后组织构造的影响各不一样，从而使钢表现出不同的力学性能和工艺加工性能。根据不同的性能要求，合金元素力学性能和工艺加工性能。根据不同的性能要求，合金元素的参与应有所不同。的参与应有所不同。合金化设计时应思索：位错马氏体的获得：位错马氏体的获得：B是推迟低碳钢先共析铁素体最为有效的元素，其他是推迟低碳钢先共析铁素体最为有效的元素，其他如如Cr、Si和和Mn也有这种效应，也有这种效应，B的参与量很低；的参与量很

17、低；参与参与Cr、Mo和和W可促进贝氏体转变；可促进贝氏体转变；Ni和和Mn那么促进中温块状铁素体的构成。那么促进中温块状铁素体的构成。条间奥氏体薄膜的构成：条间奥氏体薄膜的构成：大凡扩展奥氏体区域的元素皆有利于条间构成奥氏体大凡扩展奥氏体区域的元素皆有利于条间构成奥氏体薄膜，薄膜，Ni和和Mn是典型代表。是典型代表。Ni和和Mn可保证奥氏体可保证奥氏体薄膜获得热力学上的稳定性，但要有足够的参与量。薄膜获得热力学上的稳定性，但要有足够的参与量。石墨化元素石墨化元素Si、Ni和和Al能有效的阻止能有效的阻止Fe3C的形核和张的形核和张大，从而也提高奥氏体的分解才干。大，从而也提高奥氏体的分解才干

18、。回火抗力的提高：回火抗力的提高：Si是推迟挥霍转化程度是推迟挥霍转化程度/M3点下降温度数比点下降温度数比值最小的元素，阐明值最小的元素，阐明Si 的参与不仅提高淬火钢的回的参与不仅提高淬火钢的回火抗力，且不致由于它的参与使火抗力，且不致由于它的参与使MS点降低的过多点降低的过多而引起淬火开裂倾向或添加孪晶马氏体量；但而引起淬火开裂倾向或添加孪晶马氏体量；但Si量量不可过高，否那么会使钢脆化；不可过高，否那么会使钢脆化；晶粒细化和马氏体条束细化：晶粒细化和马氏体条束细化：细化条束明显有利于低碳马氏体钢的韧性和低温性能，细化条束明显有利于低碳马氏体钢的韧性和低温性能，常用的使奥氏体坚持细的起始晶粒形状的元素有常用的使奥氏体坚持细的起始晶粒形状的元素有V、Ti等。等。国产低碳低合金钢用于制造整体淬火零件的钢种现有以下的系列：Mn-V、Mn-B、Mn-V-B 和Si-Mn-Mo-V