热处理原理及工艺马氏体贝氏体转变
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曲线2 －－时效强化
（4）马氏体形态及大小对强度的影响
孪晶亚结构能有效阻止位错运动，对强度有一附加的贡 献，C%相同时，孪晶M的硬度与强度略高于位错M的硬度 与强度，且C%增高，孪晶亚结构对M强度的贡献增大。 原A晶粒大小和M束的大小对M的强度也有一定的影响，
σ0.2=608+69dγ-1/2 σ0.2=449+60dαˊ-1/2
马氏体相变的特性造成在晶体内产生大量微观缺陷（位 错、孪晶及层错等），使马氏体强化，即相变强化。
如：无碳M的屈服极限为284MPa与强化F的σS很接近，而 退 火 的 F 的 σS 仅 为 98~137MPa ， 相 变 强 化 使 强 度 提 高 了 147~186MPa。
（2）固溶强化
为严格区分C原子的固溶强 化效应与时效强化效应， Winchell专门设计了一套Ms点 很低的C%不同的Fe-Ni-C合金， 以保证M转变能在C原子不可 能发生时效析出的低温下淬火， 后在该温度下测量M的强度， 以了解C原子的固溶强化效果。
将二者一并讨论。
1、 马氏体的硬度与强度
钢中M最重要的特点是具
有高硬度和高强度。实验
证明，Βιβλιοθήκη Baidu的硬度决定于M
的碳含量，而与M的合金
元素含量关系不大。
美国4320钢渗碳淬火后碳含量与显微硬度、 纳米压痕硬度和残余奥氏体的关系
2、 马氏体的高硬度、高强度的本质
由固溶强化、相变（亚结构）强化和时效强化等因素引起。 （1）相变（亚结构）强化
dγA晶粒的平均直径；dαˊM板条群的平均直径
对中碳低合金结构钢，A晶粒由单晶细化至10级晶粒时， 强度增加不大于245MPa，因此常规处理工艺中晶粒尺寸的 影响没前三种强化方式明显。
综合结果
低碳的马氏体的强度主要靠其中碳的固溶强化，在一般淬 火过程中，伴随自回火而产生的M时效强化也具有相当的 强化效果； 随M中碳及合金元素含量的增加，孪晶亚结构将有附加的 强化，细化奥氏体晶粒及马氏体束的大小，也能提高一些 马氏体的强度。
近年来的研究工作表明，M相变诱发的塑性还可以显著 提高钢的韧性。
试验条件： Fe-9Cr-8Ni-2Mn-0.6C 钢，1200℃ A化、水 冷，后在460℃挤压变形75％，试样仍为A状态，最后在 -196～200℃之间测定其断裂韧度
结果如图
在100～200℃的高温区，因 为在断裂过程中没有发生马氏 体 相 变 ， 所 以 断 裂 韧 度 KIC 很 低；
在 20 ～ － 196℃ 的 低 温 区 ， 因在断裂过程中伴随有马氏体 相变，结果使KIC显著升高。
Fe-9Cr-8Ni-2Mn-0.6C钢的 断裂韧度与测定温度的关系
马氏体的相变诱发塑性 原 因
1、塑性变形而引起的局部区域的应力集中，将由于M的 形成而得到松驰，因而能防止微裂纹的形成;
即使微裂纹已经产生，裂纹尖端的应力集中也会因M 的形成而得到松驰，故能抑制裂纹的扩展，使塑性和断裂 韧性得到提高；
（包括自回火时的时效强化）， 马氏体的韧性主要取决于马氏体的亚结构，低碳的位错 型马氏体具有相当高的强度和良好的韧性，高碳的孪晶马 氏体具有高的强度，但是韧性很差。
三、马氏体相变塑性
• 金属及合金在相变过程中屈服强度显著下降，塑性显著增
加，这种现象称为相变塑性。
•马氏体的相变塑性：钢在马 氏体转变时也会产生相变塑性 现象，称为马氏体的相变塑性。 • Fe-15Cr-15Ni合金在不同温 度下进行拉伸，在Ms～Md温 度，延伸率有了明显升高，这 是形变诱发马氏体相变，马氏 Fe-15Cr-15Ni合金在的相变诱发塑性 体形成又诱发塑性所致。
二、马氏体的韧性
（1） 通常C%＜0.4%时 M具有较高的韧性，碳含 量越低，韧性越高； C%＞0.4%时，M的韧性 很低，变得硬而脆，即使 经低温回火韧性仍不高。
（2）除C%外，M的韧性与其亚结构有着密切的关系，在 相同的屈服极限的条件下，位错型M的韧性比孪晶M的韧 性高很多。
总结 马氏体的强度主要决定于马氏体的碳含量及组织结构
② 当C%超过0.4%后，由于碳原子靠得太近，相邻碳原 子所造成的应力场相互重迭，以致抵消而降低了强化 效应。
合金元素对M也有固溶强化作用，相对碳来说要小很多， 据估计，仅与合金元素对F的固溶强化作用大致相当。
（3）时效强化
理论计算得出，在室 温下只要几分钟甚至几秒钟 即可通过C原子扩散而产生 时 效 强 化 ， 在 -60℃ 以 上 ， 时效就能进行，发生碳原子 偏聚现象，是M自回火的一 种表现，C原子含量越高时 效强化效果越大。
结果表明：C%<0.4%时的σs 随碳含量增加急剧升高，超过 0.4%后σs不再增加。
为什么固溶于A中的C原子强化效果不大，而固溶于M中的 C原子强化效果显著呢？
① C原子溶入M点阵中，使扁八面体短轴方向上的Fe原子 间距增长了36%，而另外两个方向上则收缩4%，从而 使体心立方变成了体心正方点阵，由间隙C原子所造成 的这种不对称畸变称为畸变偶极，可以视其为一个强 烈的应力场，C原子就在这个应力场的中心，这个应力 场与位错产生强烈的交互作用，而使M的强度提高。
热处理原理及工艺
(9)
第五章 马氏体转变
§5－6 马氏体的性能
淬火得到马氏体是强化钢制工件的重要手段。 淬成马氏体后，虽然还要进行回火，但回火后所得的性 能在很大程度上仍决定于淬火所得的马氏体的性能。 对工模具，重要是硬度和耐磨性，对结构件，需要硬度、 强度与塑性、韧性的配合。
一、马氏体的硬度与强度 马氏体的硬度与屈服强度之间有很好的线性对应关系，
2、在发生塑性变形的区域，有形变M形成，随形变M量 的增多，形变强化指数不断提高，这比纯A经大量变形后 接近断裂时的形变强化指数要大，使已发生塑性变形的区 域继续发生变形困难，故能抑制颈缩的形成。有利于均匀 变形。
相变诱发塑性应用
加压淬火 应变诱发塑性钢 （TRIP钢）
条件：Md ＞ 20＞Ms. 室温变形，形变诱发M。M转变诱发塑性 性能：高强度高塑性
四、马氏体的物理性能
1、比容 M组织的比容较大，M形成时比容的增大，造成钢淬
（4）马氏体形态及大小对强度的影响
孪晶亚结构能有效阻止位错运动，对强度有一附加的贡 献，C%相同时，孪晶M的硬度与强度略高于位错M的硬度 与强度，且C%增高，孪晶亚结构对M强度的贡献增大。 原A晶粒大小和M束的大小对M的强度也有一定的影响，
σ0.2=608+69dγ-1/2 σ0.2=449+60dαˊ-1/2
马氏体相变的特性造成在晶体内产生大量微观缺陷（位 错、孪晶及层错等），使马氏体强化，即相变强化。
如：无碳M的屈服极限为284MPa与强化F的σS很接近，而 退 火 的 F 的 σS 仅 为 98~137MPa ， 相 变 强 化 使 强 度 提 高 了 147~186MPa。
（2）固溶强化
为严格区分C原子的固溶强 化效应与时效强化效应， Winchell专门设计了一套Ms点 很低的C%不同的Fe-Ni-C合金， 以保证M转变能在C原子不可 能发生时效析出的低温下淬火， 后在该温度下测量M的强度， 以了解C原子的固溶强化效果。
将二者一并讨论。
1、 马氏体的硬度与强度
钢中M最重要的特点是具
有高硬度和高强度。实验
证明，Βιβλιοθήκη Baidu的硬度决定于M
的碳含量，而与M的合金
元素含量关系不大。
美国4320钢渗碳淬火后碳含量与显微硬度、 纳米压痕硬度和残余奥氏体的关系
2、 马氏体的高硬度、高强度的本质
由固溶强化、相变（亚结构）强化和时效强化等因素引起。 （1）相变（亚结构）强化
dγA晶粒的平均直径；dαˊM板条群的平均直径
对中碳低合金结构钢，A晶粒由单晶细化至10级晶粒时， 强度增加不大于245MPa，因此常规处理工艺中晶粒尺寸的 影响没前三种强化方式明显。
综合结果
低碳的马氏体的强度主要靠其中碳的固溶强化，在一般淬 火过程中，伴随自回火而产生的M时效强化也具有相当的 强化效果； 随M中碳及合金元素含量的增加，孪晶亚结构将有附加的 强化，细化奥氏体晶粒及马氏体束的大小，也能提高一些 马氏体的强度。
近年来的研究工作表明，M相变诱发的塑性还可以显著 提高钢的韧性。
试验条件： Fe-9Cr-8Ni-2Mn-0.6C 钢，1200℃ A化、水 冷，后在460℃挤压变形75％，试样仍为A状态，最后在 -196～200℃之间测定其断裂韧度
结果如图
在100～200℃的高温区，因 为在断裂过程中没有发生马氏 体 相 变 ， 所 以 断 裂 韧 度 KIC 很 低；
在 20 ～ － 196℃ 的 低 温 区 ， 因在断裂过程中伴随有马氏体 相变，结果使KIC显著升高。
Fe-9Cr-8Ni-2Mn-0.6C钢的 断裂韧度与测定温度的关系
马氏体的相变诱发塑性 原 因
1、塑性变形而引起的局部区域的应力集中，将由于M的 形成而得到松驰，因而能防止微裂纹的形成;
即使微裂纹已经产生，裂纹尖端的应力集中也会因M 的形成而得到松驰，故能抑制裂纹的扩展，使塑性和断裂 韧性得到提高；
（包括自回火时的时效强化）， 马氏体的韧性主要取决于马氏体的亚结构，低碳的位错 型马氏体具有相当高的强度和良好的韧性，高碳的孪晶马 氏体具有高的强度，但是韧性很差。
三、马氏体相变塑性
• 金属及合金在相变过程中屈服强度显著下降，塑性显著增
加，这种现象称为相变塑性。
•马氏体的相变塑性：钢在马 氏体转变时也会产生相变塑性 现象，称为马氏体的相变塑性。 • Fe-15Cr-15Ni合金在不同温 度下进行拉伸，在Ms～Md温 度，延伸率有了明显升高，这 是形变诱发马氏体相变，马氏 Fe-15Cr-15Ni合金在的相变诱发塑性 体形成又诱发塑性所致。
二、马氏体的韧性
（1） 通常C%＜0.4%时 M具有较高的韧性，碳含 量越低，韧性越高； C%＞0.4%时，M的韧性 很低，变得硬而脆，即使 经低温回火韧性仍不高。
（2）除C%外，M的韧性与其亚结构有着密切的关系，在 相同的屈服极限的条件下，位错型M的韧性比孪晶M的韧 性高很多。
总结 马氏体的强度主要决定于马氏体的碳含量及组织结构
② 当C%超过0.4%后，由于碳原子靠得太近，相邻碳原 子所造成的应力场相互重迭，以致抵消而降低了强化 效应。
合金元素对M也有固溶强化作用，相对碳来说要小很多， 据估计，仅与合金元素对F的固溶强化作用大致相当。
（3）时效强化
理论计算得出，在室 温下只要几分钟甚至几秒钟 即可通过C原子扩散而产生 时 效 强 化 ， 在 -60℃ 以 上 ， 时效就能进行，发生碳原子 偏聚现象，是M自回火的一 种表现，C原子含量越高时 效强化效果越大。
结果表明：C%<0.4%时的σs 随碳含量增加急剧升高，超过 0.4%后σs不再增加。
为什么固溶于A中的C原子强化效果不大，而固溶于M中的 C原子强化效果显著呢？
① C原子溶入M点阵中，使扁八面体短轴方向上的Fe原子 间距增长了36%，而另外两个方向上则收缩4%，从而 使体心立方变成了体心正方点阵，由间隙C原子所造成 的这种不对称畸变称为畸变偶极，可以视其为一个强 烈的应力场，C原子就在这个应力场的中心，这个应力 场与位错产生强烈的交互作用，而使M的强度提高。
热处理原理及工艺
(9)
第五章 马氏体转变
§5－6 马氏体的性能
淬火得到马氏体是强化钢制工件的重要手段。 淬成马氏体后，虽然还要进行回火，但回火后所得的性 能在很大程度上仍决定于淬火所得的马氏体的性能。 对工模具，重要是硬度和耐磨性，对结构件，需要硬度、 强度与塑性、韧性的配合。
一、马氏体的硬度与强度 马氏体的硬度与屈服强度之间有很好的线性对应关系，
2、在发生塑性变形的区域，有形变M形成，随形变M量 的增多，形变强化指数不断提高，这比纯A经大量变形后 接近断裂时的形变强化指数要大，使已发生塑性变形的区 域继续发生变形困难，故能抑制颈缩的形成。有利于均匀 变形。
相变诱发塑性应用
加压淬火 应变诱发塑性钢 （TRIP钢）
条件：Md ＞ 20＞Ms. 室温变形，形变诱发M。M转变诱发塑性 性能：高强度高塑性
四、马氏体的物理性能
1、比容 M组织的比容较大，M形成时比容的增大，造成钢淬