马氏体和残余奥氏体.PDF

马氏体和残余奥氏体 Written by: George Vandor Voort (Buehler Ltd) 马氏体的研究对于许多热处理过程有着非常重要的意义。本文主要讨论马氏体转变时，残余奥氏体存在 条件，如何判别和检测残余奥氏体，以及残余奥氏体存在的危害。 是形成板条马氏体（低碳）、片状马氏 粒尺寸计算出临界淬火直径（DI）。DI可以 在19世纪后期，由于钢中过多的残余 体（高碳）还是二者的混合组织？这取 用于评估规定形状的试棒的淬火硬化层的深 奥氏体的存在严重影响了工具钢行业 决于奥氏体母相的含碳量。通常板条马 度和形状，并能用于评价实际的淬火状态。 的发展。X-Ray衍射仪是最早用于研究 氏体具有较高的韧性和塑性，但是强度 较低。片状马氏体具有很高的强度和极 与此同时，随着对等温转变曲线 大的脆性，几乎没有什么塑性。 （IT）研究，使人们更容易辨别和了 解像上、下贝氏体这样难于理解的显 随着奥氏体的含碳量增高，马氏体转变 微组织。IT曲线对于研究退火处理显 的开始温度（Ms）逐渐降低，这样就导 微组织的转变十分有用，而对于实际 致奥氏体向马氏体转变困难。如果这种 的热处理显微组织的研究没有特别 情况发生，残余奥氏体就将出现。除了 的用处。连续转变曲线（CCT）可以 一些特殊需求的之外，残余奥氏体的出 解决这个问题。不久前，笔者曾与 现是极其有害的。 Homer Research Laboratories of Bethlehem Steel实验室人员一起。他 历史 们曾经研究使用静态Jominy试棒方法 100多年前，人们对钢的热处理只有很 绘制CCT曲线——的确是个相当漫长 粗浅的认识，只是在近几十年里人们才 痛苦的过程。但是后来，使用膨胀测 开始逐渐明白其中所包含的科学道理。 量原理，绘制CCT曲线更加容易而且 McQuard和Ehn的经过大量的研究发现在 耗时大大的减少了。 钢中添加少量的Al元素，可以控制在渗 碳过程中晶粒尺寸。这些晶粒在渗碳温 技术优势 度下，保温8~10小时晶粒尺寸仍旧十分 由于透射电子显微镜（TEM）的分辨 细小，在此之前，在渗碳层组织中总是 率远远高于光学显微镜（LOM），而 可以见到先前粗大的奥氏体晶粒，这些 且透射电子显微镜可以对金属薄片样 粗大的晶粒会导致：即便零件在承受很 品进行研究，因此我们对于钢的显微 小的负荷状态下，仍旧产生晶间的脆性 结构有了更深入的研究和了解。利用 断裂。 IT和CCT曲线，我们可以知道马氏体 转变的开始温度与奥氏体成分之间的 随后，Grossman和Bain研究了钢的硬化 关系。而且知道此时钢的临界含碳 理论，并根据钢的化学成分和奥氏体晶 量。 和测量钢中残余奥氏体含量的仪器， 奥氏体是非常有害的。在服役应力的作用 奥氏体的产生造成的，残余奥氏体 下，残余奥氏体会发生转变。因为奥氏体 的硬度远远低于片状马氏体硬度。 但是X-Ray衍射仪不能显示显微组织。 中含碳量较高，而马氏体是四方晶系，马 Liwinchuk et al绘制了含碳量至2%的 LOM可以显示残余奥氏体的显微组织， 氏体基体没有足够的韧性释放应力，从而 硬度与含碳量关系曲线，该曲线表明大 但是只有当残余奥氏体含量超过10~15% 会导致裂纹在钢中扩展。 量的残余奥氏体存在影响了淬火后的硬 以后才能显示出来。使用薄片样品在 度。 TEM上可以显示残余奥氏体组织图像并 另一方面，对于渗碳的齿轮在非常薄的表 能2%含量以下的残余奥氏体。由于马 面层可能产生20~25%的残余奥氏体，大 图 3 是由Marder 和 Krauss绘制的在 氏体的形态使得存在于复杂的片状马 模数的齿轮要有足够的韧性（相对于工具 各种Fe-C合金中观察到的马氏体形态与 氏体层片间的小颗粒的残余奥氏体难于 钢）是由低碳合金钢制成。齿轮通常不像 马氏体转变开始温度与含碳量之间的关 辨别。对于板条马氏体而言，仔细使用 模具钢承受冲击负荷，所以在服役期间这 系曲线，图4所示，在LOM下观察到的： TEM可以相对容易的辨别出薄片状