马氏体强化机制
铁碳马氏体的强化机制
铁碳马氏体的强化机制摘要本文简要介绍了铁碳马氏体的机械性能和组织结构。
着重论述了铁碳马氏体的强化机制，铁碳马氏体主要通过：相变强化、固溶强化、时效强化、形变强化、孪晶强化、细晶强化等方式来提高它的强度。
关键词马氏体、强化机制正文钢经奥氏体化后快速冷却，抑制其扩散性分解，在较低的温度下发生无扩散性相变的产物为马氏体组织。
二十年代中期，人们已经意识到钢中马氏体是碳在α—Fe中的过饱和固溶体，具有体心正方点阵。
铁碳马氏体最主要的性质就是高硬度、高强度，其硬度随碳含量的增加而增加。
但是当碳含量达到6%时，淬火钢的硬度达到最大值，这是因为碳含量进一步提高，虽然马氏体的硬度会提高但是由于残余奥氏体量的增加，使钢的硬度反而下降。
近年来对马氏体高强度的本质进行了大量的研究工作，认为引起马氏体高强度的原因是多方面的，主要的强化机制主要有以下几种方式。
（一）相变强化马氏体相变的切变特征造成在晶体内产生大量微观缺陷（位错、孪晶及层错等），使得马氏体强化，称之为相变强化。
实验证明，无碳马氏体的屈服强度为284MPa。
这个值与形变强化铁素体的屈服强度相近。
而退火铁素体的屈服强度仅为98—137MPa。
说明相变强化使强度提高了147—186MPa。
（二）固溶强化固溶强化是提高金属材料强度的一种重要方法。
固溶强化的原因是复杂的，主要包括溶质原子与位错的弹性交互作用，电子交互作用、化学交互作用、溶质原子的偏聚和短程有序化、改变基体键合力等几个方面造成的强化作用。
固溶体中，溶质原子在其周围引起弹性畸变，产生弹性应力场。
由于位错周围也有弹性应力场存在。
溶质原子应力场和位错应力场相互作用，可以降低整个系统的弹性能。
相互作用会导致苛氏气团出现，并因钉扎位错而阻碍位错的运动，造成金属强度的提高。
这种弹性交互作用起因于溶质原子造成的阵畸变，溶质浓度越高，点阵畸变涉及范围广而强化效果显著。
因此固溶强度随溶质浓度增大而增大。
研究表明铁碳马氏体的屈服强度随马氏体中的碳含量的增加而增加，但是当碳含量达到4%以上时，强度不再增加，而且当碳含量从零增加至4%时屈服强度的增量达到约700MPa。
超高强冷轧316l不锈钢 马氏体相变强化 研究现状
超高强冷轧316l不锈钢马氏体相变强化研究现状
超高强冷轧316L不锈钢的马氏体相变强化研究是近年来材料科学领域的热门研究方向之一。
以下是该领域的研究现状：
1. 马氏体相变机制研究：研究者通过传统金相观察、X射线衍射等技术，探究超高强冷轧316L不锈钢在马氏体相变过程中的微观结构和晶体学变化，以取得对相变过程中机理的更深入的理解。
2. 马氏体相变强化热处理方法：研究者通过设计不同的热处理工艺，如快速冷却、固溶处理和时效处理等，以增强超高强冷轧316L不锈钢的马氏体转变以及相变后的织构和力学性能。
3. 马氏体相变对力学性能的影响研究：研究者通过拉伸试验、冲击试验等测试方法，探究超高强冷轧316L不锈钢在不同相变强化条件下的力学性能变化规律，如强度、韧性和硬度等。
4. 马氏体相变强化机制理论研究：研究者通过理论计算和数值模拟等方法，建立相关的物理模型和力学模型，解释超高强冷轧316L不锈钢的马氏体相变强化机制，并优化马氏体形成和分布，以实现更好的材料性能。
总体而言，超高强冷轧316L不锈钢的马氏体相变强化研究目前处于发展阶段，很多基础和应用性的研究成果还在探索中。
未来的研究方向包括优化热处理工艺、进一步理解马氏体相变机制以及深入探索相变对材料性能的影响等。
马氏体强化机制
2012春季学期材料力学性能课程论文院（系）材料科学与工程专业材料科学与工程学生唐骜学号1091900101班号0919001铁碳马氏体的强化机制唐骜1091900101摘要：本文以铁碳马氏体的组织形貌以及马氏体转变过程为出发点，引述了马氏体的主要强韧化机制。
并通过引用各学者的实验结论，得到了铁碳马氏体的强韧化机理。
关键词：马氏体，强韧化机制，高强度钢，低碳钢，时效1.马氏体概述马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。
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。
马氏体最先由德国冶金学家 Adolf Martens(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）。
中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。
高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一。
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-Mn、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。
2.马氏体相变特征马氏体转变的一般定义为：过冷奥氏体以较快的速度冷却，抑制其扩散性分解，在较低的温度下发生的无扩散型相变称为马氏体相变。
其主要特点有以下几点：（1）马氏体相变是无扩散相变。
马氏体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。
铁碳马氏体强化机制
铁碳马氏体的强化机制摘要：本文介绍碳钢马氏体中的不同强化机制，解释了马氏体高强本质。
关键词：马氏体、强化机制一、固溶强化[1]固溶体是以某一组元为溶剂，在晶体点阵中溶入其他组元原子所形成的均匀混合的固态熔体，它保持着金属的晶体结构。
按照组元原子所处的位置分为两类：间隙固溶体和置换式固溶体。
固溶强化是由于溶质原子与溶剂原子的尺寸不匹配，使晶体的晶格发生畸变，形成一个强烈的应力场（间隙C 原子造成非对称畸变偶极），该应力场与位错发生强烈的交互作用，阻碍位错的运动，提高马氏体的屈服强度。
在碳含量小于0.4%时，马氏体的屈服强度随碳含量增加而升高；碳含量大于0.4%时，马氏体的屈服强度不再增加。
这一现象的机理：固溶的间隙C 原子处于Fe 原子组成的八面体的中心位置，马氏体中的八面体为扁八面体，C 原子溶入后形成以C 原子为中心的畸变偶极应力场，该应力场与位错产生强烈的交互作用，令位错运动使马氏体强度升高。
当含碳量高于0.4%时，C 原子间距太近，产生的畸变偶极应力场彼此抵消，降低了强化效果。
例如李鸿美等研究的超低碳钢[2]，马氏体主要由C 、Mn 、Si 和Mo 元素引起固溶强化，其强化增量按下式计算：][11][83][37][4570)(Mo Si Mn C MPa ss +++=σ（式中的质量分数为各合金元素固溶在基体中的数值，C 、Mn 、Si 、Mo 元素采用合金含量。
） 对于高位错的马氏体而言，位错与固溶元素相互作用引起的强度增量小于位错与位错之间相互作用而引起的强度增量。
另外，固溶元素所形成的弹性应力场与位错应力场相互抵消强度增量被削弱；对于低碳马氏体（含碳量<0.2%），马氏体位错中大部分碳不处于固溶体中，而是偏聚于位错上形成柯氏气团。
因此，可以认为在含碳量<0.2%时，碳的直接强化作用是位错强化，其固溶强化增量视为“0”。
但是，Mn 、Si 、Mo 元素造成的固溶强度增量却是不可忽视的。
超高强冷轧316l不锈钢 马氏体相变强化 研究现状
超高强冷轧316l不锈钢马氏体相变强化研究现状
目前，对于超高强冷轧316L不锈钢的马氏体相变强化的研究
已经取得了一定的进展。
以下是关于该领域研究的一些现状：
1. 研究动机：超高强冷轧316L不锈钢具有良好的耐腐蚀性和
韧性，但其强度相对较低。
为了进一步提高该材料的力学性能，马氏体相变强化被广泛研究。
2. 研究方法：研究人员通过冷轧、等温热处理和再冷轧等工艺制备超高强冷轧316L不锈钢试样，并对其微观组织和力学性
能进行表征。
然后，利用不同的马氏体相变强化方法，如低温等保温处理、应力诱导马氏体相变和高能球磨等方法，对试样进行处理。
3. 强化机制：马氏体相变强化的机制包括两个方面：马氏体的形变诱导储能效应和马氏体的抗位错滑移机制。
通过马氏体的形变诱导储能效应，可以有效提高316L不锈钢的强度和塑性。
另外，马氏体的抗位错滑移机制也可以提高316L不锈钢的强度。
4. 结果与讨论：研究结果表明，通过马氏体相变强化方法可以显著提高超高强冷轧316L不锈钢的强度和硬度。
同时，强化
后的材料仍保持良好的耐腐蚀性能和韧性。
此外，研究发现，经过适当的热处理可以进一步优化马氏体相变强化的效果。
综上所述，目前对于超高强冷轧316L不锈钢马氏体相变强化
的研究已经取得了一些进展，并且在材料的力学性能提高方面
具有潜力和应用前景。
未来的研究可以进一步优化和探索马氏体相变强化的方法，以提高超高强冷轧316L不锈钢的力学性能。
马氏体的性能
马氏体的性能1马氏体的硬度和强度钢中马氏体机械性能的显著特点是具有高硬度和高强度。
马氏体的硬度主要取决于马氏体的含碳质量分数。
马氏体的硬度随质量分数的增加而升高，当含碳质量分数达到6%时，淬火钢硬度接近最大值，含碳质量分数进一步增加，虽然马氏体的硬度会有所提高，但由于残余奥氏体数量增加，反而使钢的硬度有所下降。
合金元素对钢的硬度关系不大，但可以提高其强度。
马氏体具有高硬度和高强度的原因是多方面的，其中主要包括固溶强化、相变强化、时效强化以及晶界强化等。
1固溶强化。
首先是碳对马氏体的固溶强化。
过饱的间隙原子碳在a相晶格中造成晶格的正方畸变，形成一个强烈的应力场。
该应力场与位错发生强烈的交换作用，阻碍错位的运动从而提高马氏体的硬度和强度。
2相变强化。
其次是相变强化。
马氏体转变时，在晶格内造成晶格缺陷密度很高的亚结构，如板条马氏体中高密度的错位、片状马氏体中的孪晶等，这些缺陷都阻碍为错的运动，使得马氏体强化。
这就是所谓的相变强化。
实验证明，无碳马氏体的屈服强度约为284Mpa,此值与形变强化铁素体的屈服强度很接近，而退火状态铁素体的屈服强度仅为98~137Mpa，这就说明相变强化使屈服强度提高了147~186MPa3时效强化。
时效强化也是一个重要的强化因素。
马氏体形成以后，由于一般钢的点Ms大都处在室温以上，因此在淬火过程中及在室温停留时，或在外力作用下，都会发生自回火。
即碳原子和合金元素的原子向位错及其它晶体缺陷处扩散偏聚或碳化物的弥散析出，钉轧位错，使位错难以运动，从而造成马氏体的时效强化。
4原始奥氏体晶粒大小及板条马氏体束大小对马氏体强度的影响。
原始奥氏体晶粒大小及板条马氏体束的尺寸对马氏体强度也有一定影响。
原始奥氏体晶粒越细小、马氏体板条束越小，则马氏体强度越高。
这是由于相界面阻碍位错的运动造成的马氏体强化。
马氏体的塑性和韧性马氏体的塑性和韧性主要取决于马氏体的亚结构。
片状马氏体具有高强度高硬度，但韧性很差，其特点是硬而脆。
哈工大材料力学性能大作业-铁碳马氏体的强化机制
铁碳马氏体的强化机制摘要：钢中铁碳马氏体的最主要特性是高强度、高硬度，其硬度随碳含量的增加而升高。
马氏体的强化机制是多种强化机制共同作用的结果。
主要的强化机制包括：相变强化、固溶强化、时效强化、形变强化和综合强化等。
本文介绍了铁碳马氏体及其金相组织和力学特性，着重深入分析马氏体的强化机制。
关键词：铁碳马氏体强化机制1.马氏体的概念，组织及力学特性1.1马氏体的概念马氏体，也有称为麻田散铁，是纯金属或合金从某一固相转变成另一固相时的产物；在转变过程中，原子不扩散，化学成分不改变，但晶格发生变化，同时新旧相间维持一定的位向关系并且具有切变共格的特征。
马氏体最先在淬火钢中发现，是由奥氏体转变成的，是碳在α铁中的过饱和固溶体。
以德国冶金学家阿道夫·马登斯（A.Martens）的名字命名；现在马氏体型相变的产物统称为“马氏体”。
马氏体的开始和终止温度，分别称为M始点和M终点；钢中的马氏体在显微镜下常呈针状，并伴有未经转变的奥氏体(残留奥氏体)；钢中的马氏体的硬度随碳量增加而增高；高碳钢的马氏体的硬度高而脆，而低碳钢的马氏体具有较高的韧性。
1.3马氏体的力学特性铁碳马氏体最主要的性质就是高硬度、高强度，其硬度随碳含量的增加而增加。
但是当碳含量达到6%时，淬火钢的硬度达到最大值，这是因为碳含量进一步提高，虽然马氏体的硬度会提高但是由于残余奥氏体量的增加，使钢的硬度反而下降。
2.铁碳马氏体的晶体学特性和金相形貌钢经马氏体转变形成的产物。
绝大多数工业用钢中马氏体属于铁碳马氏体，是碳在体心立方结构铁中的过饱和固溶体。
铁碳合金的奥氏体具有很宽的碳含量范围，所形成的马氏体在晶体学特性、亚结构和金相形貌方面差别很大。
可以把铁碳马氏体按碳含量分为5个组别(见表)【1】。
低碳马氏体为体心立方结构，中、高碳为体心正方结构。
碳原子的固溶为间隙式，处于八面体间隙之中。
如图1A中×号所示，三坐标方向的面心位置是具有代表性的三种八面体间隙中心，构成了体心晶格中的三套亚点阵，分别以1/2[001]、1/2[010]、1/2[100]表示，每单位晶胞中有六个八面体间隙分属这三套亚点阵。
五大细晶强化
金属强化机制一．固溶强化通过溶入某种溶质元素形成固溶体（固溶体：就是固体溶液，是溶质原子溶入溶剂中所形成的晶体，保持溶剂元素的晶体结构）而使金属强度硬度提高的现象称为固溶强化。
分为间隙固溶强化（尺寸比较小的间隙原子引起的强化如：Fe 与 C ，N ，O ，H 形成间隙固溶体）和置换固溶强化（尺寸比较大的置换原子引起的强化如：Fe与Mn、Si 、Al 、Cr 、Ti 、Nb等形成置换固溶体）。
1.固溶强化机制：运动的位错与溶质原子之间的交互作用的结果。
由于形成固溶体的溶质原子和溶剂原子的尺寸和性质不同，溶质原子的溶入必然引起一些现象，例如：溶质原子聚集在位错周围钉扎住位错（弹性交互作用）；溶质原子聚集在层错处，阻碍层错的扩展与束集（化学交互作用）；位错与溶质间形成偶极子（电学交互作用）。
这些现象都增加了位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高了金属的强度和硬度。
2.固溶强化的规律：（1）溶质元素在溶剂中的饱和溶解度愈小，其固溶强化效果愈好（2）溶质元素溶解量增加，固溶体的强度也增加例如：对于无限固溶体，当溶质原子浓度为50%时强度最大；而对于有限固溶体，其强度随溶质元素溶解量增加而增大（3）形成间隙固溶体的溶质元素（如C、N、B等元素在Fe中）其强化作用大于形成置换固溶体（如Mn、Si、P等元素在Fe中）的溶质元素。
但对韧性、塑性的削弱也很显著，而置换式固溶强化却基本不削弱基体的韧性和塑性。
（4）溶质与基体的原子大小差别愈大，强化效果也愈显著。
3. 实例: 纯Cu 中加入19%的Ni ，可使合金的强度由220MPa 提高到380~400MPa ，硬度由44HBS 升高到70HBS ，而塑性由70%降低到50%，降幅不大。
若按其它方法（如冷变形加工硬化）获得同样的强化效果，其塑性将接近完全丧失。
二. 细晶强化金属的晶粒越细，单位体积金属中晶界和亚晶界面积越大，金属的强度越高，这就是细晶强化，主要分为晶界强化和亚晶界强化两大类。
铁碳马氏体的强化机制
课程论文课程：材料力学性能题目：铁碳马氏体的强化机制姓名：学号：所属单位：指导老师：铁碳马氏体的强化机制王昀立哈尔滨工业大学材料学院材料科学系1019001班1101900422摘要：本文介绍了铁碳马氏体的组织结构及马氏体转变过程，进一步探讨了马氏体强化机制。
总体上说，马氏体强化主要有：固溶强化、时效强化、形变强化、相变强化、孪晶强化、细晶强化等。
关键词：马氏体，马氏体转变，强化机制，高强度钢1 前言马氏体由于其高强度，高硬度在很多领域都有广泛的应用。
我们在应用马氏体的同时，要了解马氏体的强化机制，从而通过不同机制对马氏体强度的影响，找到提高马氏体强度的方法。
2 马氏体介绍2.1 马氏体定义马氏体最先由德国冶金学家 Adolf Martens(1850-1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中发现。
马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。
马氏体（M）是碳溶于α-Fe 的过饱和的固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相。
其比容大于奥氏体、珠光体等组织，这是产生淬火应力，导致变形开裂的主要原因。
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。
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-Mn、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。
2.2 马氏体晶体学特性2.3 马氏体转变马氏体转变的一般定义为：过冷奥氏体以较快的速度冷却，抑制其扩散性分解，在较低的温度下发生的无扩散型相变称为马氏体相变。
其主要特点有以下几点：（1）马氏体相变是无扩散相变。
（2）产生表面相变时浮突。
（3）新相(马氏体)和母相之间始终保持一定的位向关系。
哈工大材料力学性能大作业-铁碳马氏体的强化机制综述
铁碳马氏体的强化机制摘要：钢中铁碳马氏体的最主要特性是高强度、高硬度，其硬度随碳含量的增加而升高。
马氏体的强化机制是多种强化机制共同作用的结果。
主要的强化机制包括：相变强化、固溶强化、时效强化、形变强化和综合强化等。
本文介绍了铁碳马氏体及其金相组织和力学特性，着重深入分析马氏体的强化机制。
关键词：铁碳马氏体强化机制1.马氏体的概念，组织及力学特性1.1马氏体的概念马氏体，也有称为麻田散铁，是纯金属或合金从某一固相转变成另一固相时的产物；在转变过程中，原子不扩散，化学成分不改变，但晶格发生变化，同时新旧相间维持一定的位向关系并且具有切变共格的特征。
马氏体最先在淬火钢中发现，是由奥氏体转变成的，是碳在α铁中的过饱和固溶体。
以德国冶金学家阿道夫·马登斯（A.Martens）的名字命名；现在马氏体型相变的产物统称为“马氏体”。
马氏体的开始和终止温度，分别称为M始点和M终点；钢中的马氏体在显微镜下常呈针状，并伴有未经转变的奥氏体(残留奥氏体)；钢中的马氏体的硬度随碳量增加而增高；高碳钢的马氏体的硬度高而脆，而低碳钢的马氏体具有较高的韧性。
1.3马氏体的力学特性铁碳马氏体最主要的性质就是高硬度、高强度，其硬度随碳含量的增加而增加。
但是当碳含量达到6%时，淬火钢的硬度达到最大值，这是因为碳含量进一步提高，虽然马氏体的硬度会提高但是由于残余奥氏体量的增加，使钢的硬度反而下降。
2.铁碳马氏体的晶体学特性和金相形貌钢经马氏体转变形成的产物。
绝大多数工业用钢中马氏体属于铁碳马氏体，是碳在体心立方结构铁中的过饱和固溶体。
铁碳合金的奥氏体具有很宽的碳含量范围，所形成的马氏体在晶体学特性、亚结构和金相形貌方面差别很大。
可以把铁碳马氏体按碳含量分为5个组别(见表)【1】。
低碳马氏体为体心立方结构，中、高碳为体心正方结构。
碳原子的固溶为间隙式，处于八面体间隙之中。
如图1A中×号所示，三坐标方向的面心位置是具有代表性的三种八面体间隙中心，构成了体心晶格中的三套亚点阵，分别以1/2[001]、1/2[010]、1/2[100]表示，每单位晶胞中有六个八面体间隙分属这三套亚点阵。
铁碳马氏体强化机制
铁碳马氏体的强化机制摘要：本文介绍碳钢马氏体中的不同强化机制，解释了马氏体高强本质。
关键词：马氏体、强化机制一、固溶强化[1]固溶体是以某一组元为溶剂，在晶体点阵中溶入其他组元原子所形成的均匀混合的固态熔体，它保持着金属的晶体结构。
按照组元原子所处的位置分为两类：间隙固溶体和置换式固溶体。
固溶强化是由于溶质原子与溶剂原子的尺寸不匹配，使晶体的晶格发生畸变，形成一个强烈的应力场（间隙C 原子造成非对称畸变偶极），该应力场与位错发生强烈的交互作用，阻碍位错的运动，提高马氏体的屈服强度。
在碳含量小于0.4%时，马氏体的屈服强度随碳含量增加而升高；碳含量大于0.4%时，马氏体的屈服强度不再增加。
这一现象的机理：固溶的间隙C 原子处于Fe 原子组成的八面体的中心位置，马氏体中的八面体为扁八面体，C 原子溶入后形成以C 原子为中心的畸变偶极应力场，该应力场与位错产生强烈的交互作用，令位错运动使马氏体强度升高。
当含碳量高于0.4%时，C 原子间距太近，产生的畸变偶极应力场彼此抵消，降低了强化效果。
例如李鸿美等研究的超低碳钢[2]，马氏体主要由C 、Mn 、Si 和Mo 元素引起固溶强化，其强化增量按下式计算：][11][83][37][4570)(Mo Si Mn C MPa ss +++=σ（式中的质量分数为各合金元素固溶在基体中的数值，C 、Mn 、Si 、Mo 元素采用合金含量。
） 对于高位错的马氏体而言，位错与固溶元素相互作用引起的强度增量小于位错与位错之间相互作用而引起的强度增量。
另外，固溶元素所形成的弹性应力场与位错应力场相互抵消强度增量被削弱；对于低碳马氏体（含碳量<0.2%），马氏体位错中大部分碳不处于固溶体中，而是偏聚于位错上形成柯氏气团。
因此，可以认为在含碳量<0.2%时，碳的直接强化作用是位错强化，其固溶强化增量视为“0”。
但是，Mn 、Si 、Mo 元素造成的固溶强度增量却是不可忽视的。
五大细晶强化
金属强化机制一．固溶强化通过溶入某种溶质元素形成固溶体（固溶体：就是固体溶液，是溶质原子溶入溶剂中所形成的晶体，保持溶剂元素的晶体结构）而使金属强度硬度提高的现象称为固溶强化。
分为间隙固溶强化（尺寸比较小的间隙原子引起的强化如：Fe与C , N , O , H形成间隙固溶体）和置换固溶强化（尺寸比较大的置换原子引起的强化如：Fe与Mn、Si、Al、Cr、Ti、Nb 等形成置换固溶体）。
1.固溶强化机制：运动的位错与溶质原子之间的交互作用的结果。
由于形成固溶体的溶质原子和溶剂原子的尺寸和性质不同，溶质原子的溶入必然引起一些现象，例如：溶质原子聚集在位错周围钉扎住位错（弹性交互作用）；溶质原子聚集在层错处，阻碍层错的扩展与束集（化学交互作用）；位错与溶质间形成偶极子（电学交互作用）。
这些现象都增加了位错运动的阻力，使金属的滑移变形变得更加困难，从而提高了金属的强度和硬度。
2.固溶强化的规律：（1）溶质元素在溶剂中的饱和溶解度愈小，其固溶强化效果愈好s铁内溶解的原子数量（浓度）置换式固溶强化却基本不削弱基体的韧性和塑性。
（4）溶质与基体的原子大小差别愈大，强化效果也愈显著。
3.实例：纯Cu中加入19%的Ni,可使合金的强度由220MPa提高到380~400MPa,硬度由44HBs 升高到70HBS,而塑性由70%降低到50%,降幅不大。
若按其它方法（如冷变形加工硬化）获得同样的强化效果,其塑性将接近完全丧失。
二.细晶强化金属的晶粒越细,单位体积金属中晶界和亚晶界面积越大,金属的强度越高,这就是细晶强化,主要分为晶界强化和亚晶界强化两大类。
（1）晶界强化实验证明,金属的屈服强度与其晶粒尺寸之间有下列关系：o =o + K D一1/2此式称为霍耳-配奇公式（Hall-Petch公式）。
式中：O i——为常数，相当于单晶体的屈服强度；D——为多晶体中各晶粒的平均直径；K——为晶界对强度影响程度的常数，与晶界结构有关。
哈工大材料力学性能大作业-铁碳马氏体的强化机制资料
铁碳马氏体的强化机制摘要：钢中铁碳马氏体的最主要特性是高强度、高硬度，其硬度随碳含量的增加而升高。
马氏体的强化机制是多种强化机制共同作用的结果。
主要的强化机制包括：相变强化、固溶强化、时效强化、形变强化和综合强化等。
本文介绍了铁碳马氏体及其金相组织和力学特性，着重深入分析马氏体的强化机制。
关键词：铁碳马氏体强化机制1.马氏体的概念，组织及力学特性1.1马氏体的概念马氏体，也有称为麻田散铁，是纯金属或合金从某一固相转变成另一固相时的产物；在转变过程中，原子不扩散，化学成分不改变，但晶格发生变化，同时新旧相间维持一定的位向关系并且具有切变共格的特征。
马氏体最先在淬火钢中发现，是由奥氏体转变成的，是碳在α铁中的过饱和固溶体。
以德国冶金学家阿道夫·马登斯（A.Martens）的名字命名；现在马氏体型相变的产物统称为“马氏体”。
马氏体的开始和终止温度，分别称为M始点和M终点；钢中的马氏体在显微镜下常呈针状，并伴有未经转变的奥氏体(残留奥氏体)；钢中的马氏体的硬度随碳量增加而增高；高碳钢的马氏体的硬度高而脆，而低碳钢的马氏体具有较高的韧性。
1.3马氏体的力学特性铁碳马氏体最主要的性质就是高硬度、高强度，其硬度随碳含量的增加而增加。
但是当碳含量达到6%时，淬火钢的硬度达到最大值，这是因为碳含量进一步提高，虽然马氏体的硬度会提高但是由于残余奥氏体量的增加，使钢的硬度反而下降。
2.铁碳马氏体的晶体学特性和金相形貌钢经马氏体转变形成的产物。
绝大多数工业用钢中马氏体属于铁碳马氏体，是碳在体心立方结构铁中的过饱和固溶体。
铁碳合金的奥氏体具有很宽的碳含量范围，所形成的马氏体在晶体学特性、亚结构和金相形貌方面差别很大。
可以把铁碳马氏体按碳含量分为5个组别(见表)【1】。
低碳马氏体为体心立方结构，中、高碳为体心正方结构。
碳原子的固溶为间隙式，处于八面体间隙之中。
如图1A中×号所示，三坐标方向的面心位置是具有代表性的三种八面体间隙中心，构成了体心晶格中的三套亚点阵，分别以1/2[001]、1/2[010]、1/2[100]表示，每单位晶胞中有六个八面体间隙分属这三套亚点阵。
马氏体强化效应
马氏体强化效应
马氏体强化效应是指利用马氏体相变来强化金属材料的方法。
马氏体强化效应的实现主要依赖于以下四个强化原理：
1.固溶强化：马氏体中溶有过饱和的碳和合金元素，产生很强的固溶强化效应，可以显著提高材料的强度和硬度。
2.位错强化：马氏体形成时产生高密度位错，位错强化效应很大，可以阻碍位错运动，进一步提高材料的强度和硬度。
3.细晶强化：奥氏体转变为马氏体时，形成许多极细小的、取向不同的马氏体束，产生细晶强化效应，可以使材料具有更高的强度和硬度。
4.析出强化：淬火后回火，马氏体中析出细碳化物粒子，间隙固溶强化效应大大减小，但产生强烈的析出强化效应，可以使材料具有更好的耐磨性和疲劳强度。
在钛合金中，马氏体强化的效果非常显著。
通过加入马氏体，材料的屈服强度、抗拉强度、韧性和硬度等机械性能都得到了显著提高。
同时，马氏体的数量和形态也会对材料的性能产生影响，一定量的马氏体会提高材料的硬度和强度，而过多的马氏体则会使材料脆性增加。
因此，通过优化马氏体数量和形态的制备工艺参数，可以获得具有优异机械性能的钛合金材料。
需要注意的是，马氏体强化通常需要在一定温度范围内进行，同时马氏体强化的效果还受到材料成分、制备工艺和环境条件等因素的影响。
因此，在应用马氏体强化方法时，需要综合考虑材料的成分、
制备工艺和环境条件等因素，以实现最佳的强化效果。
马氏体的微观结构及强化机理
马氏体的微观结构及强化机理
马氏体是一种在固溶度中形成的金属晶体结构，其微观结构由层状的针状氢化铁原子组成。
马氏体的形成是由固溶度中的原子重新排列所引起的。
在冷却或应变加载过程中，一些晶格原子会以固溶度的形式陈列在其他晶格原子周围，形成针状氢化铁结构，并形成脆性晶体结构。
马氏体的强化机理有以下几个方面：
1. 固溶度限制：在金属合金中，通常会加入一些元素来限制固溶度范围，使其形成马氏体结构。
这种限制会导致晶体中的原子重新排列，形成马氏体。
2. 基体约束：形成马氏体时，会导致基体的晶格畸变，产生内应力，这些内应力会在加载过程中阻止马氏体的移动和扩展，从而增强材料的强度。
3. 相变位能储存：马氏体转变中伴随相变位能的储存和释放，使得材料具有良好的回弹性和形状记忆效应，从而提高了材料的强度和韧性。
4. 细化晶界：加入一些合适的合金元素或通过热处理等方法，可以细化马氏体晶粒的尺寸，从而提高材料的强度。
综上所述，马氏体的强化机理主要包括固溶度限制、基体约束、相变位能储存和晶粒细化等方面。
这些机理共同作用使得马氏体具有优异的强度和韧性。
1500MPa级直接淬火马氏体钢的组织控制与强化机理
1500MPa级直接淬火马氏体钢的组织控制与强化机理1500MPa级直接淬火马氏体钢的组织控制与强化机理 1500MPa级直接淬火马氏体钢的组织控制与强化机理直接淬火工艺具有缩短生产流程、降低成本、节约能源等优点。
目前国内外采用直接淬火技术生产钢板的抗拉强度一般在490-980MPa,对1500MPa级直接淬火马氏体钢的研究还较少。
随着钢铁材料朝高强度方向发展,有必要对超高强度直接淬火马氏体钢的生产工艺及其强化机理进行深入的研究。
本文以中碳微合金钢为研究对象,采用直接淬火-低温回火工艺,系统研究了钢坯再加热制度、热变形工艺、冷却工艺对直接淬火钢微观组织与力学性能的影响,分析了直接淬火马氏体钢的晶体学形态,讨论了直接淬火马氏体钢的强化机理。
基于直接淬火-回火-重新奥氏体化工艺,研究了α?γ逆相变再结晶的晶粒细化机制,在此基础上,探索了利用纳米级析出相控制得到细晶奥氏体的工艺。
为了确保合金元素能够较充分的固溶,同时组织中又不出现明显的粗大晶粒,实验钢的加热温度不宜高于1150?,保温时间不宜超过1h。
建立了实验钢在加热过程中的奥氏体晶粒长大动力学模型。
通过研究实验钢的热变形行为,为实际生产提供控轧工艺参数及理论依据。
计算得到了动态再结晶热变形激活能为477.7 kJ/mol,静态再结晶激活能为299.3KJ/mol,建立了动态再结晶本构方程及静态再结晶动力学方程;根据绘制的动态再结晶加工状态图,发现在变形量较小及应变速率较大的情况下,完全动态再结晶很难发生;奥氏体未再结晶温度为900?;碳化物在奥氏体区的等温析出动力学曲线(PTT)呈典型的C型,随着应变速率的增大,产生的位错储能逐渐增大,使析出曲线向左平移,析出孕育期缩短,但不改变鼻尖温度。
采用电子背散射技术(EBSD),对直接淬火马氏体钢的晶体学形态进行了分析。
直接淬火马氏体的微观结构依次由原奥氏体晶粒、板条束(Packet)、板条块(Block)和板条(Lath)组成。
18Ni马氏体时效钢强化方法概述_陈建刚
第16卷 第4期2009年8月金属功能材料M etallic Functional M aterialsVol 16, No 4Augu st, 200918Ni 马氏体时效钢强化方法概述陈建刚,张建福,卢凤双,张敬霖,张建生(钢铁研究总院,北京 100081)摘 要:18N i 马氏体时效钢是以无碳(或超低碳)铁镍马氏体为基体的,主要是经时效产生时效强化的高强度钢。
本文简要概述了18N i 马氏体时效钢的发展过程,介绍了固溶强化、相变强化、时效强化、细晶强化、形变强化方法和发展趋势。
关键词:马氏体时效钢;强化方法;固溶强化;相变强化;时效强化;细晶强化;形变强化中图分类号:T G 142 7 文献标识码:A 文章编号:1005-8192(2009)04-0046-04Outline of Strengthening Waysin 18Ni Maraging SteelCH EN Jian g ang,ZH A N G Jian fu,LU Feng shuang,ZH A N G Jing lin,ZH A N Jian sheng(Centra l Ir on &Steel R esear ch Institute,Beijing 100081,China)Abstract:18Ni marag ing steel is a kind of high strength steel strengthened by ageing precipitation hardening of intermetal lics in carbon free o r ex tre low carbon ferronickel martensite matrix T he main strengthening ways of 18N i mar ag ing steel,such as solution strengthening,transfo rmation streng thening ,aging strengthening,fine g rain strengthening,deformation strengthening,are include in the review T he development trend of 18N i maraging steel ar e also presentedKey words:ma rag ing steel;st rengthening w ay;so lutio n str eng thening ;tr ansfo rmation st rengthening ;ag ing strength ening;fine gr ain strengthening;defo rmatio n str eng thening作者简介:陈建刚(1978-),男,主要从事金属功能材料的研究。
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2012春季学期材料力学性能课程论文院（系）材料科学与工程专业材料科学与工程学生唐骜学号 1091900101班号 0919001铁碳马氏体的强化机制唐骜1091900101摘要：本文以铁碳马氏体的组织形貌以及马氏体转变过程为出发点，引述了马氏体的主要强韧化机制。
并通过引用各学者的实验结论，得到了铁碳马氏体的强韧化机理。
关键词：马氏体，强韧化机制，高强度钢，低碳钢，时效1. 马氏体概述马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。
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。
马氏体最先由德国冶金学家 Adolf Martens(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）。
中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。
高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一。
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-Mn、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。
2. 马氏体相变特征马氏体转变的一般定义为：过冷奥氏体以较快的速度冷却，抑制其扩散性分解，在较低的温度下发生的无扩散型相变称为马氏体相变。
其主要特点有以下几点：（1）马氏体相变是无扩散相变。
马氏体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。
原子位移的结果产生点阵应变(或形变)。
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。
（2）产生表面相变时浮突。
马氏体形状改变使先经抛光的试样表面形成浮突。
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。
（3）新相(马氏体)和母相之间始终保持一定的位向关系。
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，如镍钢中马氏体在奥氏体(γ)的{135}上最先形成。
马氏体形成时和母相的界面上存在大的应变。
为了部分地减低这种应变能，会发生辅助的变形，使界面改变。
由于马氏体相变时原子规则地发生位移，使新相(马氏体)和母相之间始终保持一定的位向关系。
（4）马氏体相变具有可逆性。
当母相冷却时在一定温度开始转变为马氏体，把这温度标作Ms,加热时马氏体逆变为母相，开始逆变的温度标为As。
（5）马氏体转变是在一个温度范围内完成的。
当奥氏体到达马氏体转变温度（Ms）时，马氏体转变开始产生，母相奥氏体组织开始不稳定。
在Ms以下某温度保持不变时，少部分的奥氏体组织迅速转变，但不会继续。
只有当温度进一步降低，更多的奥氏体才转变为马氏体。
最后，温度到达马氏体转变结束温度Mf，马氏体转变结束。
3. 马氏体的强化机制金属的强化机制大致可分为固溶强化机制、第二相强化、形变强化及细晶强化等。
近年来对马氏体高强度、高硬度的本质进行了大量研究，认为马氏体的高强度、高硬度是多种强化机制综合作用的结果。
主要的强化机制包括：相变强化、固溶强化、时效强化、形变强化和细晶强化等。
3.1 相变强化马氏体相变的强化重庆316L不锈钢管研究认为：在不锈钢中具有最高硬度的SUS 440(2(13Cr-IC)(640-700[1V)属于马氏体系不锈钢，马氏体组织的结构非常微细，而且在其内部存在高密度的位错，若使碳过饱和固溶还能提高强度。
另方面，经过最后的回火处理可以得到碳化物等析出物弥散细微分布的组织。
马氏体系不锈钢用固溶碳量和加火处理可以调整其强度。
例如，SUS 420J2(13Cr-O．3C)从i000~C的高温奥氏体区急冷时，发生固溶0．3％C的马氏体相变，再经回火热处理就会使碳化物等析出物呈微细弥散分布。
其强度可达到约550HV3.2 细晶强化人们早己知道晶粒大小影响金属强度。
铁素体晶粒大小对退火的软钢屈服强度的影响，可以看出晶粒直径d与屈服强度间有着直线关系，晶粒越细屈服强度越高。
这种屈服强度与晶粒大小间的关系称霍尔佩琪法则，因变形在晶粒内运动的位错在晶界其运动被阻，所以晶界大量存在的细晶粒材料，其强度很高。
前述的固溶强化、析出强化及加工硬化若过分提高强度，则会使韧性受损。
所以，有时根据加工、使用条件使强度有一定限制。
另一方面，当晶粒细化时不但不损坏韧性，而且还能提高强度。
现在，对钢铁材料的晶粒细化的研究非常盛行，并以“超级金属的技术开发。
为题进行着开发，通常不锈钢的晶粒直径为数十微米，但在这些课题中正在研究一种制造方法，使金属晶粒有1／100到数百毫微米(nm)，例如，晶粒直径为300nm的奥氏体系不锈钢其拉伸强度为1100 N／mm2，约是通常粒径材料的2倍。
为了能在不损害韧性的前提下得到高强度，对这种方法寄予了很大的希望。
在JIS规定的不锈钢中存在具有微细组织的不锈钢，这是把不同组织复合的双相系不锈钢。
SUS329J4L(25Cr—6Ni—3Mo—N)具有在铁素体母相中分布着岛状奥氏体相的组织，由于为复合组织故各组织很细微。
另外，由于加入了氮使之固溶强化提高了强度，耐点蚀性也得到改善。
由于晶粒细化和固溶强化的复合作用，使得双相钢的屈服强度等强度特性好于奥氏体系和铁索体系。
纯金属由于强度低, 很少用作结构材料, 在工业上合金的应用远比纯金属广泛。
合金组元溶入基体金属的晶格形成的均匀相称为固溶体。
纯金属一旦加入合金组元变为固溶体,其强度、硬度将升高而塑性将降低, 这个现象称为固溶强化。
固溶强化的机制是: 金属材料的变形主要是依靠位错滑移完成的, 故凡是可以增大位错滑移阻力的因素都将使变形抗力增大, 从而使材料强化。
合金组元溶入基体金属的晶格形成固溶体后, 不仅使晶格发生畸变, 同时使位错密度增加。
实验结果表明，在碳含量小于0.4%时，马氏体的屈服强度随碳含量增加而升高；碳含量大于0.4%时，马氏体的屈服强度不再增加。
这一现象的普遍解释为，固溶的间隙C 原子处于Fe 原子组成的八面体的中心位置，马氏体中的八面体为扁八面体（奥氏体中为正八面体），C 原子溶入后形成以C 原子为中心的畸变偶极应力场，该应力场与位错产生强烈的交互作用，令位错运动使马氏体强度升高。
当含碳量高于0.4%时，C 原子间距太近，产生的畸变偶极应力场彼此抵消，降低了强化效果。
3.4 形变强化生产金属材料的主要方法是塑性加工, 即在外力作用下使金属材料发生塑性变形, 使其具有预期的性能、形状和尺寸。
在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形。
金属材料在冷变形过程中强度将逐渐升高, 这一现象称为形变强化。
钢变形时给结晶加上了剪断应力，在位错运动的同时，给结晶导入了大量的位错。
加工硬化加工轧制和拔丝这种塑性变形使晶体内的位错密度增加，是强化钢的方法。
据重庆304不锈钢卷板研究证明这种加工硬化作用奥氏体系比铁素体系大得多。
在18Cr-8Ni组成的亚稳定奥氏体系，因位错密度增大的硬化和马氏体的生成(加工引起相变)容易得到高强度。
利用加工硬化的材料称硬化材，其强度可根据轧制率的变化按H(硬级)、3／4H和1／2H的强度水平划分，SUS 301(17Cr-TNi)硬化材在家庭电器机械的压簧和汽车的引擎垫圈、通信机械的连接器材等板弹簧制品方面使用非常普及。
由加工硬化引起的马氏体具有磁性，所以SUS 301和SUS 304的硬化材也有磁性。
非磁性的弹簧用材料有含高锰的不锈钢AISl205(17Cr-15Mn-1．5Ni-O．35N)，该钢是用锰取代了SUS 301中的镍，由于其性质的不同，可以固溶更多的氮。
就是说，可以得到前述的固溶强化的效果。
在固溶化处理状态下SUS 304的硬度约1801tV，而AISl 205的硬度约2701]V，再进行加工时可发现显著的加工硬化特性。
所有钢种随着压下率增加的同时，硬度也上升。
时效强化也是马氏体强化的一个重要因素，马氏体相变是无扩散相变，但在马氏体形成后，马氏体中的碳原子的偏聚（马氏体自回火）就能发生，碳原子发生偏聚（时效）的结果，碳含量越高，时效强化越显著。
时效强化是由C 原子扩散偏聚钉扎位错引起。
因此，如果马氏体在室温以上形成，淬火冷却时又未能抑制C 原子的扩散，则在淬火至室温途中C 原子扩散偏聚已自然形成，而呈现时效。
所以，对于M S 高于室温的钢，在通常淬火冷却条件下，淬火过程即伴随自回火。
3.6 亚结构强化亚结构强化主要指孪晶或层错的强化作用，其表现在以下几个方面：(1)位错与孪晶的弹性交互作用；(2)位错穿过孪晶构成滑移轨迹的曲折；(3)孪晶阻挡位错运动。
应当指出，孪晶的强化，据认为是由于碳原子在孪晶界面上的偏聚所造成的，其强化作用的贡献与钢的含碳量关系密切：当碳含量小于0.3%时，马氏体的强化主要寄托于间隙原子的固溶强化；当碳含量为0.3%-0.6%时，马氏体强度的提高除得益于固溶强化外，还可有孪晶和位错亚结构的强化贡献；当碳含量大于0.6%时，孪晶的强化作用显得很弱。
结论：马氏体由于其高强度，高硬度在很多领域都有广泛的应用。
我们在应用马氏体的同时，要了解马氏体的强化机制，从而通过不同机制对马氏体强度的影响，找到提高马氏体强度的方法。
结果表明，马氏体之所以有高硬度，高强度是多种强化机制的综合作用结果。
其强化机制包括相变强化、固溶强化、时效强化、形变强化和细晶强化等。
各种强化机制相互作用，相互促进。
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