马氏体的组织形态

第三节第三节 马氏体的组织形态马氏体的组织形态 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 0.91012/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。 - 1 - 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 C1.0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 - 2 - 轴比轴比 c/ac/a 称为马氏体的正方度称为马氏体的正方度 9.5.2 钢中马氏体转变的主要特点 - 3 - 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。 - 4 - 3. 影响马氏体形态和亚结构的因素 - 5 - - 6 - 热处理对工模具钢热处理对工模具钢 5Cr8MoVSi5Cr8MoVSi 的影响的影响 [ 2004-7-14 105800] 工模具钢 5Cr8MoVSi0.55C，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 1、、 实验材料及实验方法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 0.55Mn 0.45 Si 0.72Cr 8.13Mo 1.38V 0.45 S ≤0.02P ≤0.03 2 2、实验结果及分析、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 - 7 - 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。 - 8 - 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 3、讨论、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