CH6.5 马氏体的性能及影响因素PPT(10级)
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马氏体转变
6.5 马氏体的性能及影响因素
2020/3/7
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授课 朱世杰
马氏体转变
4.8.1 马氏体的硬度和强度
一.马氏体的高硬度和高强度 1.钢中马氏体力学性能的显著特点是具有高硬度和高强度。 2.马氏体的硬度主要取决于马氏体的含碳量。通常情况下，马 氏体的硬度随含碳量的增加而升高。但当碳含量超过0.6%时， 硬度增长趋势下降。
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授课 朱世杰
作为形成显微裂纹的敏感度。
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授课 朱世杰
马氏体转变
(一)影响形成显微裂纹因素
1.含碳量
当WC<1.4%时，随碳量增加，SV 急
剧增加，因而此时生成的是细而长的 横贯奥氏体晶粒的{225}M，易受撞击 而断裂。当WC>1.4%时，随碳量增加，
SV 反而下降，因此时生成短而宽的
{259}M，不易受撞击断裂。通常马氏
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授课 朱世杰
马氏体转变
6.5.5 高碳马氏体的显微裂纹
马氏体片形成速度极快，互相撞击或与奥氏体晶界相撞时 可形成很大的应力集中，加之高碳马氏体本身很脆，故在撞 击时极易产生裂纹。这些裂纹虽很小，但可成为疲劳裂纹源 而导致开裂。
以单位体积马氏体内出现显微裂纹的面积SV (mm2/mm3 )
3.淬火钢的硬度取决于马氏体 和残余奥氏体的相对含量。只 有当残余奥氏体量很少时，钢 的硬度与马氏体的硬度才趋于 一致。这是必须注意的。 4.马氏体的屈服强度随含碳量 的增加而升高。
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含碳量对马氏体的强度与硬度的影响
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授课 朱世杰
马氏体转变
不同碳含量的钢淬火后的硬度及碳含量与残 余奥氏体量的关系。 曲线1是完全淬火并进行冷处理后马氏体的 硬度。奥氏体全部转化为马氏体，所得即 为马氏体硬度和碳含量关系。
相同屈服强度下，位错(板条)马氏体比开动位错)。当碳含量 小于0.4%时，马氏体具有高韧性；当碳含量大于0.4%时， 马氏体韧性很低。
总之，片状马氏体具有较高的强度，但脆性较大，其主要 原因是片状马氏体中的亚结构为孪晶，片状马氏体中含碳 量高，晶格畸变大，同时马氏体高速形成时互相撞击使得 片状马氏体中存在许多显微裂纹。而板条马氏体中的亚结 构为位错，具有很高的强度和良好的塑、韧性。
时效强化是指马氏体形成以后， 在随后的放置过程中，碳和其它合 金元素的原子会向位错线等缺陷处 扩散而产生偏聚，使位错难以运动， 从而造成马氏体的强化。图中曲线2。
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马氏体转变
4.孪晶对马氏体强度的贡献 • 当碳含量小于0.3%时，由于位错强化，使强度与碳含量呈直
线关系； • 当碳含量大于0.3%时，出现孪晶，使硬度的增长偏离直线，
曲线2是亚共析钢高于AC3、过共析钢高于 AC1且低于ACCm的淬火的硬度。对于过共析 钢采用的是高于AC1的不完全淬火，所得马
氏体中碳含量即为该温度下奥氏体的饱和 碳浓度，温度不变时均相同，故随碳含量 增高，硬度基本不变。
曲线3为完全淬火后所得的硬度。当碳量低时，淬火后马氏体的硬度随碳
量增加而升高；当碳量高时，Mf已在0℃以下，淬火后得到马氏体和奥氏
说明孪晶有一附加强化机制，使硬度的增长偏离直线。 • 碳含量相同时，孪晶马氏体强度高于位错马氏体。
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含碳量对马氏体显微硬度的影响
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马氏体转变
5. 奥氏体晶粒度
马氏体的晶界强化是指通常情况下，原始奥氏体晶粒越细小，
所得到的马氏体板条束也越细小，而马氏体板条束阻碍位错的
运动，使马氏体得到强化。
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马氏体转变
6.5.3 马氏体的相变诱发塑性 具有高的延伸率和低的流变抗力。在相变的同时
呈现的超塑性称为相变超塑性。
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马氏体转变
6.5.4 马氏体的物理性能 钢中马氏体具有铁磁性和高的矫顽力，其比容
与奥氏体的比容相差很大。 1.比容 马氏体比容最大 2.磁性 高的铁磁性和 矫顽力 3.电阻 马氏体的电阻率比P大
各种组织的裂纹敏感性： F → P → B-F →板条 马氏体 →上B → 粒状B → 岛状马氏体 /γ → 针状马氏体，显微裂纹的敏感性增加。
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马氏体转变
本节小结
1、马氏体的高硬度和高强度及其原因。 2、马氏体的韧性和塑性及原因。马氏体的相变诱 发塑性。 3、马氏体的物理性能。 4、高碳马氏体的显微裂纹及影响因素。
4.马氏体转变量
SV 随马氏体量增大而增大，但当马氏体量超过27%后，形成 的马氏体均细小，不致引起显微裂纹，SV不再随马氏体量增大
而增大。
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马氏体转变
(二)减少显微裂纹的途径 1.降低高碳钢的奥氏体化温度，采用不完全淬火。 2. 淬火后立即回火使大部分显微裂纹弥合。
奥氏体晶粒愈小，马氏体板条束越细，强度越高。
0.2=608+69dγ-1/2 或
dγ为奥氏体晶粒直径(mm) dM为马氏体板条束直径(mm)
0.2单位为MPa。
0.2=449+60dM-1/2
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马氏体转变
6.5.2 马氏体的韧性和塑性 马氏体的韧性也主要取决于马氏体的碳含量和亚结构。在
体双相组织。故随碳量增高，奥氏体量增加，由于奥氏体硬度低，硬度反
而下降。
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马氏体转变
二. 马氏体高硬度(高强度)的本质 马氏体具有高硬度、高强度的原因是多方面的，其
中包括：固溶强化、相变强化、时效强化、晶界强化。
1.相变强化 相变强化是指马氏体相变时，在晶体内造成晶格缺
体中含碳量均低于1.4%，故为降低SV，
应尽可能降低含碳量。
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马氏体转变
2.奥氏体晶粒度 奥氏体晶粒度越大，横贯奥氏体的马氏体越粗大，越易发生
撞击而断裂，SV 越大。故为降低SV，高碳钢中奥氏体化温度不
宜过高，以免溶入过多碳及使晶粒长大。 3.淬火冷却温度
淬火冷却温度越低，奥氏体残越少，马氏体量越多，形成裂 纹可能性越大，故对于高碳钢，采取冷处理时，必须慎重。
陷密度很高的亚结构。如板条马氏体中高密度的位错、 片状马氏体中的孪晶或层错等，这些缺陷都将阻碍位 错的运动，使马氏体得到强化。这些缺陷的增加，使 马氏体强度提高147～186MPa。
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2.固溶强化 固溶强化是指碳对马氏体的固溶
强化。过饱和的间隙原子碳在α相 晶格中造成晶格的正方畸变，形成 一个很强的应力场，该应力场阻碍 位错的运动，从而提高马氏体的强 度和硬度。图中曲线1。 3.时效强化
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4.8.1 马氏体的硬度和强度
一.马氏体的高硬度和高强度 1.钢中马氏体力学性能的显著特点是具有高硬度和高强度。 2.马氏体的硬度主要取决于马氏体的含碳量。通常情况下，马 氏体的硬度随含碳量的增加而升高。但当碳含量超过0.6%时， 硬度增长趋势下降。
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作为形成显微裂纹的敏感度。
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(一)影响形成显微裂纹因素
1.含碳量
当WC<1.4%时，随碳量增加，SV 急
剧增加，因而此时生成的是细而长的 横贯奥氏体晶粒的{225}M，易受撞击 而断裂。当WC>1.4%时，随碳量增加，
SV 反而下降，因此时生成短而宽的
{259}M，不易受撞击断裂。通常马氏
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6.5.5 高碳马氏体的显微裂纹
马氏体片形成速度极快，互相撞击或与奥氏体晶界相撞时 可形成很大的应力集中，加之高碳马氏体本身很脆，故在撞 击时极易产生裂纹。这些裂纹虽很小，但可成为疲劳裂纹源 而导致开裂。
以单位体积马氏体内出现显微裂纹的面积SV (mm2/mm3 )
3.淬火钢的硬度取决于马氏体 和残余奥氏体的相对含量。只 有当残余奥氏体量很少时，钢 的硬度与马氏体的硬度才趋于 一致。这是必须注意的。 4.马氏体的屈服强度随含碳量 的增加而升高。
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含碳量对马氏体的强度与硬度的影响
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不同碳含量的钢淬火后的硬度及碳含量与残 余奥氏体量的关系。 曲线1是完全淬火并进行冷处理后马氏体的 硬度。奥氏体全部转化为马氏体，所得即 为马氏体硬度和碳含量关系。
相同屈服强度下，位错(板条)马氏体比开动位错)。当碳含量 小于0.4%时，马氏体具有高韧性；当碳含量大于0.4%时， 马氏体韧性很低。
总之，片状马氏体具有较高的强度，但脆性较大，其主要 原因是片状马氏体中的亚结构为孪晶，片状马氏体中含碳 量高，晶格畸变大，同时马氏体高速形成时互相撞击使得 片状马氏体中存在许多显微裂纹。而板条马氏体中的亚结 构为位错，具有很高的强度和良好的塑、韧性。
时效强化是指马氏体形成以后， 在随后的放置过程中，碳和其它合 金元素的原子会向位错线等缺陷处 扩散而产生偏聚，使位错难以运动， 从而造成马氏体的强化。图中曲线2。
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4.孪晶对马氏体强度的贡献 • 当碳含量小于0.3%时，由于位错强化，使强度与碳含量呈直
线关系； • 当碳含量大于0.3%时，出现孪晶，使硬度的增长偏离直线，
曲线2是亚共析钢高于AC3、过共析钢高于 AC1且低于ACCm的淬火的硬度。对于过共析 钢采用的是高于AC1的不完全淬火，所得马
氏体中碳含量即为该温度下奥氏体的饱和 碳浓度，温度不变时均相同，故随碳含量 增高，硬度基本不变。
曲线3为完全淬火后所得的硬度。当碳量低时，淬火后马氏体的硬度随碳
量增加而升高；当碳量高时，Mf已在0℃以下，淬火后得到马氏体和奥氏
说明孪晶有一附加强化机制，使硬度的增长偏离直线。 • 碳含量相同时，孪晶马氏体强度高于位错马氏体。
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马氏体的晶界强化是指通常情况下，原始奥氏体晶粒越细小，
所得到的马氏体板条束也越细小，而马氏体板条束阻碍位错的
运动，使马氏体得到强化。
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与奥氏体的比容相差很大。 1.比容 马氏体比容最大 2.磁性 高的铁磁性和 矫顽力 3.电阻 马氏体的电阻率比P大
各种组织的裂纹敏感性： F → P → B-F →板条 马氏体 →上B → 粒状B → 岛状马氏体 /γ → 针状马氏体，显微裂纹的敏感性增加。
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1、马氏体的高硬度和高强度及其原因。 2、马氏体的韧性和塑性及原因。马氏体的相变诱 发塑性。 3、马氏体的物理性能。 4、高碳马氏体的显微裂纹及影响因素。
4.马氏体转变量
SV 随马氏体量增大而增大，但当马氏体量超过27%后，形成 的马氏体均细小，不致引起显微裂纹，SV不再随马氏体量增大
而增大。
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马氏体转变
(二)减少显微裂纹的途径 1.降低高碳钢的奥氏体化温度，采用不完全淬火。 2. 淬火后立即回火使大部分显微裂纹弥合。
奥氏体晶粒愈小，马氏体板条束越细，强度越高。
0.2=608+69dγ-1/2 或
dγ为奥氏体晶粒直径(mm) dM为马氏体板条束直径(mm)
0.2单位为MPa。
0.2=449+60dM-1/2
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6.5.2 马氏体的韧性和塑性 马氏体的韧性也主要取决于马氏体的碳含量和亚结构。在
体双相组织。故随碳量增高，奥氏体量增加，由于奥氏体硬度低，硬度反
而下降。
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二. 马氏体高硬度(高强度)的本质 马氏体具有高硬度、高强度的原因是多方面的，其
中包括：固溶强化、相变强化、时效强化、晶界强化。
1.相变强化 相变强化是指马氏体相变时，在晶体内造成晶格缺
体中含碳量均低于1.4%，故为降低SV，
应尽可能降低含碳量。
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马氏体转变
2.奥氏体晶粒度 奥氏体晶粒度越大，横贯奥氏体的马氏体越粗大，越易发生
撞击而断裂，SV 越大。故为降低SV，高碳钢中奥氏体化温度不
宜过高，以免溶入过多碳及使晶粒长大。 3.淬火冷却温度
淬火冷却温度越低，奥氏体残越少，马氏体量越多，形成裂 纹可能性越大，故对于高碳钢，采取冷处理时，必须慎重。
陷密度很高的亚结构。如板条马氏体中高密度的位错、 片状马氏体中的孪晶或层错等，这些缺陷都将阻碍位 错的运动，使马氏体得到强化。这些缺陷的增加，使 马氏体强度提高147～186MPa。
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马氏体转变
2.固溶强化 固溶强化是指碳对马氏体的固溶
强化。过饱和的间隙原子碳在α相 晶格中造成晶格的正方畸变，形成 一个很强的应力场，该应力场阻碍 位错的运动，从而提高马氏体的强 度和硬度。图中曲线1。 3.时效强化