马氏体的组织形态

第三节马氏体的组织形态

(本节建议时间：15分钟)

一马氏体的形态

1. 板条马氏体

出现于低、中碳钢中，其形貌可见图3-3-1，其中的板条束为惯习面相同的平行板条组成，板条间有一层A膜；板条的立体形态可以是扁条状，也可以是薄片状；一个奥氏体晶粒有几个束，一个束内存在位向差时，也会形成几个块。板条M的亚结构为位错，密度高达(0.3 0.9)×1012/cm2，故称位错M。

3-3-1板条马氏体显微组织特征示意图

2. 透镜片状马氏体(简称片状M)

出现于中、高碳钢中，其形貌可见图3-3-2。立体外形呈双凸透镜状，断面为针状或竹叶状。马氏体相变时，第一片分割奥氏体晶粒，以后的马氏体片愈来愈小。

M形成温度高时，惯习面为{225}A，符合K-S关系；形成温度低时，惯习面为{259} A，符合西山关系.片状M的亚结构为{112}M的孪晶。

M还有其它形态如蝶状、薄片状与薄板状等。

3-3-2透镜片状马氏体

二影响M形态及其内部亚结构的因素

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：

C<0.3%时，生成板条M，亚结构为位错；

C>1.0%时，生成片状M，亚结构为孪晶@c000000255；

C为0.3 1.0%时，生成混合型组织(片状+板条)。

2. 形成温度

M S点高的A，冷却后形成板条M，亚结构为位错;

M S点低的A，冷却后形成片状M，亚结构为孪晶;

M S点不高不低的A，冷却后形成混合型组织(片状+板条M)，亚结构为位错+孪晶。

9.5 马氏体转变

钢经奥氏体化后快速冷却，抑制其扩散分解，在较低温度下发生无扩散性相变－马氏体相变，这一过程通常称为淬火。

9.5.1 钢中马氏体的晶体结构

轴比c/a称为马氏体的正方度9.5.2 钢中马氏体转变的主要特点

无扩散相变，以共格切变的方式进行；

特点：

无扩散性；

具有一定的位向关系和惯习面：钢中马氏体的惯习面随奥氏体的含碳量及马氏

体的形成温度不同而异；

表面浮凸现象；

转变在一个温度范围内完成；

不需要孕育期，高速长大。

9.5.3 钢中马氏体的形态及其结构

透射电镜观察，板条马氏体内有高密度位2、片状马氏体

片状马氏体常见于淬火的高碳钢、中碳钢、高镍的铁镍合金。

3. 影响马氏体形态和亚结构的因素

热处理对工模具钢5Cr8MoVSi的影响

[ 2004-7-14 10:58:00 ]

工模具钢5Cr8MoVSi(0.55C，8.13Cr，1.38Mo，0.45V，0.72Si)经840℃退火硬度为HB218，钢中碳化物以M23C6为主，并有少量的MC和M7C3。该钢合适的淬火温度为980-1050℃，最高硬度为HBC60-61。随淬火温度升高，淬火马氏体由板条状和针状马氏体组织过渡到板条状马氏体组织，剩余碳化物主要为MC和M7C3，为减少残余奥氏体量，该钢应进行二次或三次回火。

5Cr8NoVSi钢是近年来我国应用较多的新钢种，主要用于耐冲击性工模具和薄刃刀具上。但是，目前对5Cr8MoVSi钢的热处理工艺研究较少，所生产的工模具常发生硬度不高和断裂失效现象。因此，本文较详细地研究了

5Cr8MoVSi钢热处理工艺对硬度和组织结构的影响。

1、实验材料及实验方法

试样退火、淬火、回火均在坩埚电阻炉中进行，淬火采用油介质冷却。

用D/maxⅢA X射线衍射仪分析相结构和残余奥氏体量，定量金相法测量奥氏体晶粒数、碳化物体积分数及尺寸、马氏体尺寸，JXA-733电子探针分析显微组织和成分。

工模具钢5Cr8MoVSi化学成分:

C 0.55 Mn 0.45 Si 0.72 Cr 8.13 Mo 1.38 V 0.45 S ≤0.02P ≤0.03

2、实验结果及分析

2.1 退火试样经840℃退火硬度为HB218，退火显微组织为球状珠

光体，碳化物的平均尺寸为0.94μm，体积分数约为0.32。碳化物相以

M23C6为主，其次有M7C3和MC。

2.2淬火淬火实验温度为880℃、900℃、930℃、950℃、1000℃、1050℃。随淬火温度升高，淬火硬度升高。1000℃淬火时，硬度为HRC60；1050℃淬火时，硬度为HRC60.3。淬火组织为马氏体、剩余碳化物和残余奥氏体。在950℃淬火时，马氏体由针状马氏体和板条状马氏体组成，针对马氏体的比例较大，剩余碳化物呈小颗粒状或点状分布；1000℃淬火时马氏体仍然由针状马氏体和板条状马氏体组成，剩余碳化物呈点状分布，残余奥氏体夹在马氏体针或板条之间；1050℃淬火时，马氏体以板条状马氏体为主，只有少量的针状马氏体（＜10%），残余奥氏体量增多，剩余碳化物极少，尺寸也更小。

金相分析表明：随温度程式高，奥氏体晶粒度变大，马氏体针变长，剩余碳化量减少，尺寸变小，淬火试样残余奥氏体量随淬火温度升高而升高，1000℃淬火时，残余奥氏体量约10%。奥氏体晶粒尺寸随淬火温度升高而升高，淬火马氏体板条或针状尺寸也与晶粒度尺寸对应。

分析表明，淬火试样以α'马氏体为主要相，其次是残余奥氏体γ’，剩余碳化物为M7C3、MC，并有微量的M23C6。与退火碳化物相分析对照后可知，在1000℃淬火时，M23C6大部分溶解，而原来少量的M7C3和MC型碳化物因难于溶解，成为主要剩余碳化物。

2.3回火回火温度小于380℃时，随回火温度升高，回火硬度降低。在此区间，主要是马氏体分解过程，马氏体含碳量降低，马氏体晶体结构的正方度（c/a）下降。在480-500℃回火，有明显的二次硬化现象。485℃回火最高硬度为HRC58，比淬火硬度低2HRC左右。二次硬化主要是MC（VC）沉淀硬化的效果。随回火温度升高，残余奥氏体量减少。只通过一次回火残余奥氏体分解较少，通过三次回火残余奥氏体量可降低到6%左右。

3、讨论

工模具钢5Cr8MoVSi碳含量为0.55%，淬火马氏体形态为板条状和针状。在较低的温度下淬火时，剩余碳化物量较多，在靠近碳化物的奥氏体区中，因碳化物溶解过程中碳的扩散呈梯度分布，因此，有局部高碳区。局部高碳区在冷却过程中转变成针状马氏体，其亚结构是孪晶。在较高的温度下淬火，剩余碳化物主要是少量的VC和M7C3，溶解速度很慢，因此大部分奥氏体区域碳含量均匀化，尽管此时奥氏体平均碳含量高，但是相对于高碳奥氏体来说，其含量还是低的。所以在较高温度淬火时，板条马氏体比例增大。板条马氏体比针状马氏体韧性高，因此，该钢可以在较高的温度下淬火。但板条在300-400℃回火时，因析出的碳化物沿板条分布，会显示出回火脆性。所以，在较高的温度下淬火，获得以板条状马氏体为主的显微组织时，应避开回火脆性区，或者以较高温度回火（450-520℃），或者在较低温度回火（150-250℃）。如果需