位錯(cuò)馬氏體與低碳馬氏體型鋼機(jī)器構(gòu)件用鋼前_60年代_后中碳鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理得到回火索氏體組織而應(yīng)用與實(shí)際生產(chǎn)共析鋼過冷所得索氏體組織回火索氏體組織開始推廣應(yīng)用整體淬火的低碳鋼沒有應(yīng)用的原因：①淬透性差（例如：>95%M的臨界直徑，20鋼在10%的食鹽水中淬火為6~7mm）；②對其組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能規(guī)律認(rèn)識不足。高壓透射電子顯微鏡用以研究鋼的組織對其組織形態(tài)和精細(xì)結(jié)構(gòu)有了正確認(rèn)識在研究中碳鋼回火組織的多次沖擊韌性時(shí)發(fā)現(xiàn)了低碳馬氏體對鋼件的良好的強(qiáng)韌性配合的作用位錯(cuò)馬氏體與低碳馬氏體型鋼板條M組織形態(tài)汽車輪胎螺栓影響M形態(tài)及其內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)的因素1.化學(xué)成分

奧氏體中碳含量的影響最為重要，在碳鋼中，當(dāng)C含量：

※C<0.3%時(shí)，生成板條M，亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)；

※

C>1.0%時(shí)，生成片狀M，亞結(jié)構(gòu)為孿晶；

※

C為0.31.0%時(shí)，生成混合型組織(片狀+板條)。2.形成溫度

※

MS點(diǎn)高的A，冷卻后形成板條M，亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò);※MS點(diǎn)低的A，冷卻后形成片狀M，亞結(jié)構(gòu)為孿晶;

※MS點(diǎn)不高不低的A，冷卻后形成混合型組織(片狀+板條M)，亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)+孿晶。片狀馬氏體出現(xiàn)于淬火中、高碳鋼及高Ni的Fe-Ni合金中；立體外形呈雙凸透鏡狀，斷面為針狀或竹葉狀，所以又稱針狀馬氏體或竹葉狀馬氏體；亞結(jié)構(gòu)主要為孿晶，因此又稱為孿晶型馬氏體；馬氏體相變時(shí)，第一片分割奧氏體晶粒，以后的馬氏體片愈來愈小，其片的大小幾乎完全取決于奧氏體晶粒的大小。片狀馬氏體示意圖片狀馬氏體片狀馬氏體的形成過程蝶狀馬氏體出現(xiàn)在Fe-Ni合金和Fe-Ni-C合金中；在0~-60℃范圍內(nèi)形成；立體形狀為細(xì)長桿狀，斷面呈蝴蝶狀；內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)為高密度位錯(cuò)，與母相晶體學(xué)關(guān)系大體上符合K-S關(guān)系。蝶狀馬氏體的顯微組織蝶狀馬氏體的立體形狀薄片狀馬氏體在Ms點(diǎn)極低的Fe-Ni-C合金中發(fā)現(xiàn)的；呈非常細(xì)的帶狀（立體圖形為薄片狀），帶呈相互交叉、分枝等特異形態(tài)；是由孿晶組成的全孿晶型馬氏體薄板狀馬氏體（Fe-31Ni-0.23C）ε’馬氏體晶體結(jié)構(gòu)為密排六方點(diǎn)陣；易于在Mn-Fe-C合金中形成；立體結(jié)構(gòu)呈薄片狀，沿（111）γ面呈魏氏組織狀態(tài)形成；亞結(jié)構(gòu)為大量的位錯(cuò)。

薄片狀εˊ馬氏體（Fe-16.4Mn）位錯(cuò)馬氏體出現(xiàn)于低、中碳鋼，馬氏體時(shí)效鋼，不銹鋼等鐵系合金中；其亞結(jié)構(gòu)主要為位錯(cuò)，所以稱其為位錯(cuò)馬氏體；一般叫做板條馬氏體；在板條內(nèi)有時(shí)也會存在相變孿晶，但只是局部的，數(shù)量不多；與母相奧氏體的晶體學(xué)位相關(guān)系是K-S關(guān)系，慣習(xí)面是（111）γ低C-M的組織形態(tài)板條馬氏體顯微組織的晶體學(xué)特征示意圖低碳鋼的馬氏體組織結(jié)構(gòu)低碳鋼淬火馬氏體組織低碳鋼淬火馬氏體自回火和回火組織淬火態(tài)組織：條狀位錯(cuò)馬氏體+少量的條狀孿晶馬氏體和片狀孿晶馬氏體+自回火碳化物+少量的未轉(zhuǎn)變奧氏體所用鋼：用15，20，20Cr，18CrMnTi和18Cr2Ni4WA等低碳滲碳用鋼，以一定尺寸進(jìn)行劇烈的淬火處理可以得到均勻的馬氏體組織；自回火Ms≥260℃的低碳低合金鋼會發(fā)生淬火馬氏體自回火現(xiàn)象；當(dāng)Ms﹥300℃時(shí)，可以達(dá)到充分自回火，析出更多的碳化物；影響因素：Ms點(diǎn)位置、冷卻速率和化學(xué)成分；低碳鋼的Ms點(diǎn)較高，在工程上常用的淬火冷卻條件下，是難以避免自回火的，而且比較容易達(dá)到充分自回火狀態(tài)。自回火碳化物形態(tài)：粒狀和桿狀出現(xiàn)位置：位錯(cuò)M內(nèi)①粒狀碳化物總是在位錯(cuò)區(qū)域內(nèi)析出②桿狀碳化物呈多向分布，亦有相互平行排列的（沿某個(gè)方向擇優(yōu)發(fā)展的初期長成）自回火M組織在進(jìn)行回火處理時(shí)將繼續(xù)發(fā)生回火轉(zhuǎn)變室溫時(shí)效充分自回火M（所有條狀M均產(chǎn)生碳化物沉淀）可以發(fā)現(xiàn)碳化物在數(shù)量和尺寸上發(fā)生變化未充分自回火M（部分條狀M產(chǎn)生碳化物析出）觀察不到什么作用150~200℃①自回火碳化物長大②析出回火碳化物ε-碳化物或θ-碳化物250~300℃①出現(xiàn)ε→θ的碳化物類型改變②條狀M的晶界上出現(xiàn)桿狀碳化物~500℃晶內(nèi)和晶界上碳化物明顯球化600℃碳化物聚集長大低碳鋼淬火M的強(qiáng)韌性強(qiáng)度塑性韌性疲勞抗力多次沖擊抗力強(qiáng)度（一）靜強(qiáng)度的增高依靠它的C含量，與合金元素?zé)o關(guān)；在0.1%~0.29%C范圍內(nèi)：σ0.2和σb與C間呈線性變化關(guān)系，0.01%C→σ0.2和σb分別增加約30MPa（如右圖）20系列鋼的淬火M的σ0.2=1250MPa，σb=1500MPa右圖所示為15鋼靜強(qiáng)度隨回火溫度升高而變化的情況在250℃回火后靜強(qiáng)度的降低比較明顯。強(qiáng)度（二）強(qiáng)度（四）低碳馬氏體具有較高的硬化指數(shù)n值：說明低碳鋼具有高的形變強(qiáng)化和均勻分配強(qiáng)化的能力；較低的靜載荷缺口敏感性。塑性低碳Mσb=1500MPa時(shí)，ψK=50-58%40Crσb=1500MPa時(shí),ψK=52.3%低碳M組織的塑性是好的疲勞抗力疲勞強(qiáng)度疲勞裂紋萌生與擴(kuò)展并沒有明顯的優(yōu)勢較低的疲勞缺口敏感性與中碳回火索氏體相比決定疲勞壽命的參量N0.1與da/dN疲勞裂紋萌生期（產(chǎn)生0.1mm裂紋所需的運(yùn)轉(zhuǎn)周次）疲勞裂紋擴(kuò)展速率高的N0.1值da/dN稍低于等強(qiáng)度的中碳回火組織較低的門檻值△Kth（圖10-6）疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值△Kth表示材料組織裂紋開始疲勞擴(kuò)展的性能其值越大，阻止裂紋開始疲勞擴(kuò)展的能力就越大，材料也就越好。多次沖擊抗力主要與材料強(qiáng)度有關(guān)，另外對塑性也有明顯的要求低碳M與等強(qiáng)度中碳鋼回火態(tài)組織相比具有更好的塑性；較高的多次沖擊抗力另外，還有較低的多次沖擊缺口敏感性低碳M強(qiáng)韌化機(jī)制強(qiáng)化機(jī)制①倚賴于C的固溶強(qiáng)化在刃位錯(cuò)附近偏聚形成Cottrell氣團(tuán)，在螺位錯(cuò)附近偏聚形成Snoek氣團(tuán)，造成強(qiáng)化；②自回火碳化物的沉淀強(qiáng)化效應(yīng)；③M條束可以看成“有效晶粒”，其寬度對組織屈服強(qiáng)度的作用符合Hall-Patch關(guān)系。實(shí)際應(yīng)用機(jī)器零件用鋼一般要求良好的強(qiáng)韌性配合高的抗疲勞和抗沖擊性能高的耐磨性低的缺口敏感性較嚴(yán)格的化學(xué)成分控制只要剛件尺寸不很大，能保證淬火件的心部非M組織少于10%，用低碳M組織代替中碳回火S組織完全是有可能的。采用現(xiàn)有的低C鋼和低C合金鋼例如：右圖所示的魚尾螺栓（聯(lián)結(jié)鐵路鋼軌的緊固螺栓），要求σb≥1000MPa，原來用40B，現(xiàn)在改用含Mn的普通低C合金鋼16Mn較低的△Kth值和較高的疲勞裂紋擴(kuò)展速率da/dN的問題低碳M本身具有良好的塑性和高的形變強(qiáng)化指數(shù)，表明它具有較高的形變強(qiáng)化能力，通過預(yù)拉形變強(qiáng)化，或者表面滾壓強(qiáng)化，以及噴丸強(qiáng)化，能有效的延長疲勞壽命，可以使低C馬氏體在性能上的這個(gè)短處得到彌補(bǔ)低碳馬氏體型結(jié)構(gòu)鋼的設(shè)計(jì)性能要求：較高的強(qiáng)度水平，優(yōu)異的強(qiáng)韌性配合；較高的疲勞極限；較高的沖擊值，低的韌脆轉(zhuǎn)化溫度；低的缺口敏感度。鋼材使用組織的設(shè)計(jì)構(gòu)思以條狀位錯(cuò)馬氏體為基體組織，在此基體上均勻分布著ε-碳化物或θ-碳化物細(xì)微粒子，碳化物與基體保持著共格關(guān)系；在組織可容許存在很少量的片狀或條狀孿晶馬氏體；細(xì)小的馬氏體條束；在馬氏體條間存在著穩(wěn)定的奧氏體薄膜，其量為5～10％；要考慮以下的三個(gè)方面位錯(cuò)馬氏體的獲得；條間殘余奧氏體薄膜的形成；以及其他的強(qiáng)韌化控制組織因素的取得。

組織與成分設(shè)計(jì)

碳量的定奪及合金元素的選擇碳量的定奪C是控制低碳馬氏體強(qiáng)化最為有效的因素。C量主要視強(qiáng)韌性配合要求而定；應(yīng)不超過0.25％,過量的C將出現(xiàn)間隙固溶，從而降低韌塑性。合金元素的選擇各種合金元素對奧氏體相變的熱力學(xué)和動力學(xué)的作用各不相同，對相變后組織結(jié)構(gòu)的影響各不相同，從而使鋼表現(xiàn)出不同的力學(xué)性能和工藝加工性能。根據(jù)不同的性能要求，合金元素的加入應(yīng)有所不同。合金化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮：位錯(cuò)馬氏體的獲得：B是推遲低碳鋼先共析鐵素體最為有效的元素，其他如Cr、Si和Mn也有這種效應(yīng)，B的加入量很低；加入Cr、Mo和W可促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變；Ni和Mn則促進(jìn)中溫塊狀鐵素體的形成。條間奧氏體薄膜的形成：大凡擴(kuò)大奧氏體區(qū)域的元素皆有利于條間形成奧氏體薄膜，Ni和Mn是典型代表。Ni和Mn可保證奧氏體薄膜取得熱力學(xué)上的穩(wěn)定性，但要有足夠的加入量。石墨化元素Si、Ni和Al能有效的阻止Fe3C的形核和張大，從而也提高奧氏體的分解能力。回火抗力的提高：Si是（推遲揮霍轉(zhuǎn)化程度）/（M3點(diǎn)下降溫度數(shù)）比值最小的元素，表明Si的加入不