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1、（二）、粒状珠光体的形成、（二）、粒状珠光体的形成、组织与性能与性能粒状珠光体是通粒状珠光体是通过碳化物的球化而碳化物的球化而获得的；（得的；（FFeC粒粒） 、组织 右右图所示，是粒状所示，是粒状的碳化物均匀弥散的碳化物均匀弥散地分布在地分布在铁素体基素体基体上；体上；1第二章热处理原理剖析、形成：、形成：由由过冷奥氏体直接分解而成：冷奥氏体直接分解而成：条件：条件：过共析共析钢加加热到到稍上：稍上：、奥氏体、奥氏体（成分不均匀）：（成分不均匀）：、未溶渗碳体：、未溶渗碳体：、过冷到冷到以下一个很小以下一个很小的的过冷度冷度时：由片状珠光体球化而成：由片状珠光体球化而成：如如图所示：所示：通
2、通过淬火和高温回火得到：淬火和高温回火得到：第二章热处理原理剖析第二章热处理原理剖析 渗碳体球化的原因：渗碳体球化的原因： 在略高于在略高于A1温度保温温度保温时，第二相，第二相颗粒粒的溶解度与其曲率半径有关。曲率半径小的溶解度与其曲率半径有关。曲率半径小的渗碳体尖角的渗碳体尖角处的奥氏体含碳量高，而靠的奥氏体含碳量高，而靠近曲率半径大的渗碳体平面近曲率半径大的渗碳体平面处的奥氏体含的奥氏体含碳量低。碳量低。 导致致扩散破坏界面平衡散破坏界面平衡为恢恢复平衡尖角复平衡尖角处的渗碳体溶解，曲率半的渗碳体溶解，曲率半径增大，而平面径增大，而平面处的渗碳体的渗碳体长大，曲率半大，曲率半径减小，渗碳体
3、球化。径减小，渗碳体球化。第二章热处理原理剖析n渗碳体渗碳体颗粒的大小由奥氏体粒的大小由奥氏体转变温度而温度而定，低定，低细小。小。n渗碳体渗碳体颗粒的形粒的形态取决于奥氏体化温度取决于奥氏体化温度n（1）奥氏体化得到碳）奥氏体化得到碳浓度不均匀或未溶度不均匀或未溶的渗碳体的渗碳体质点；点；n（2）在）在A1下下较高温度范高温度范围内内缓冷。冷。n淬火回火粒状珠光体。淬火回火粒状珠光体。第二章热处理原理剖析、性能：、性能：粒状珠光体的性能与渗碳体粒状珠光体的性能与渗碳体颗粒的大小粒的大小有关，渗碳体的有关，渗碳体的颗粒越粒越细，相界面就越，相界面就越多，多，则钢的硬度、的硬度、强度也就越高；度
4、也就越高；与片状珠光体相比，粒状珠光体具有更与片状珠光体相比，粒状珠光体具有更高的高的韧性和塑性，性和塑性，而硬度降低而硬度降低，适于改，适于改善善钢的切削加工性。的切削加工性。141+0.11（单位体位体积F/Fe3C相界面）相界面）第二章热处理原理剖析第二章热处理原理剖析 （三）先共析相的析出：（三）先共析相的析出：n亚（过）共析）共析钢有先共析相的析出；有先共析相的析出；n在在实际冷却条件下：冷却条件下：如如图所示所示： 其中：其中：线：渗碳体在：渗碳体在过冷奥氏体中的冷奥氏体中的饱和溶解度极限；和溶解度极限；线：铁素体在素体在过冷奥氏体中的冷奥氏体中的饱和溶解度极限；和溶解度极限；n在
5、在、线下同下同时析出渗碳体和析出渗碳体和铁素素体，称体，称为伪珠光体（珠光体（伪共析区）共析区）第二章热处理原理剖析第二章热处理原理剖析故：故：冷却速度越快，先共析量越少；冷却速度越快，先共析量越少；C曲曲线含碳量越低，先共析含碳量越低，先共析铁素体的量越多；素体的量越多；生生产中的中的应用：用：低碳低碳钢轧后后喷雾、水冷，增加珠光体的量，提、水冷，增加珠光体的量，提高高强度；度；高碳高碳钢轧后空冷，消除网状渗碳体；后空冷，消除网状渗碳体；珠光体珠光体组织的的应用：用： 高碳高碳钢的的铅浴淬火浴淬火获得索氏体，冷拔得索氏体，冷拔获得高得高强度的度的钢丝；第二章热处理原理剖析五、五、马氏体氏体转
6、变n n马氏体：氏体：钢中：碳在中：碳在Fe中的中的过饱和固溶体；和固溶体；一般：凡是相一般：凡是相变基本特征属于基本特征属于马氏体氏体型的型的转变产物都称物都称为马氏体。氏体。马氏体氏体转变（在（在较低温度下低温度下发生的无生的无扩散相散相变）是一种有效的）是一种有效的强化手段。化手段。第二章热处理原理剖析 （一）、（一）、马氏体的形成条件氏体的形成条件 、马氏体形成条件氏体形成条件马氏体是低温氏体是低温转变产物，要形成物，要形成马氏体氏体: （）冷却速度必（）冷却速度必须大于淬火大于淬火临界冷却界冷却速度；速度； （）（）过冷奥氏体必冷奥氏体必须过冷到一定的温冷到一定的温度点以下才能度点以
7、下才能发生生马氏体氏体转变。第二章热处理原理剖析 、马氏体形成的氏体形成的热力学条件力学条件（）、相（）、相变驱动力：仍是新相和母相力：仍是新相和母相的自由能差的自由能差-第二章热处理原理剖析 （）、相（）、相变阻力大：阻力大： 温度低于温度低于奥氏体并不是奥氏体并不是马上上转变为马氏体，而是温度必氏体，而是温度必须降到点以下，降到点以下，转变才能才能发生，生，这是因是因为:、马氏体氏体转变是一个共格界面的是一个共格界面的转变，而奥氏体和，而奥氏体和马氏体的比容差又特氏体的比容差又特别大。大。因而因而转变的的弹性性应变能非常大，能非常大，则构成了大构成了大的相的相变阻力。阻力。G- G体体+（
8、G表表+ G弹）第二章热处理原理剖析 、马氏体具有高密度的位氏体具有高密度的位错和和孪晶，晶，形成形成这些缺陷需要大的外加能量。些缺陷需要大的外加能量。n Ms的物理意的物理意义：奥氏体和：奥氏体和马氏体两相氏体两相自由能差达到相自由能差达到相变所需的最小所需的最小驱动力力值时的温度。即开始的温度。即开始发生生马氏体氏体转变的温度。的温度。第二章热处理原理剖析（二）（二）马氏体的晶体氏体的晶体结构、构、组织和性能和性能、马氏体的晶体氏体的晶体结构构 钢中中马氏体的本氏体的本质：是碳在：是碳在-Fe中的中的过饱和和间隙固溶体隙固溶体 。含碳量最大可以达到。含碳量最大可以达到2.11%第一种：体心
9、立方第一种：体心立方结构（当含碳量构（当含碳量很低或不含碳很低或不含碳时）第二种：第二种：体心正方体心正方结构构（当含碳量（当含碳量较高或很高高或很高时）晶格常数：）晶格常数：；90第二章热处理原理剖析马氏体的晶体氏体的晶体结构构第二章热处理原理剖析n n其中；其中；c / a叫叫轴比，也叫做比，也叫做马氏体的正氏体的正方度，方度， c / a=1+0.046c，马氏体中的含氏体中的含碳量越高，正方度越大碳量越高，正方度越大，合金元素，合金元素对正正方度的影响不大。方度的影响不大。 还有六方晶格有六方晶格-马氏体，原子菱面氏体，原子菱面排列的排列的-马氏体，反常氏体，反常轴比的比的马氏体等。氏
10、体等。第二章热处理原理剖析 、马氏体的氏体的组织形形态：（）板条状（）板条状马氏体（低碳氏体（低碳马氏体、位氏体、位错马氏体）氏体）光学光学显微微镜下：平行的板条状；下：平行的板条状；如如图所示所示：大角度晶界：束与束大角度晶界：束与束小角度晶界：板条与板条小角度晶界：板条与板条立体形立体形态：椭圆断面的柱状晶体；在板条断面的柱状晶体；在板条间有残有残余奥氏体存在；余奥氏体存在；电镜下：板条内有大量的位下：板条内有大量的位错(0.3-0.91012cm-2)，且分布不均匀，形成胞状，且分布不均匀，形成胞状亚结构；构；如如图所示所示；故板条故板条马氏体又叫位氏体又叫位错马氏体，氏体，第二章热处理
11、原理剖析第二章热处理原理剖析第二章热处理原理剖析特点：形成后立即特点：形成后立即发生不同程度的分生不同程度的分解，即自回火；解，即自回火； 板条板条马氏体是低、中碳氏体是低、中碳钢、不、不锈钢中的一种典型的中的一种典型的马氏体氏体组织；故板故板条条马氏体又叫低碳氏体又叫低碳马氏体；氏体；第二章热处理原理剖析（）片状（）片状马氏体氏体(高碳高碳马氏体、氏体、孪晶晶马氏体）氏体）立体形立体形立体形立体形态态：双凸透双凸透镜形；形；光学光学光学光学显显微微微微镜镜下：竹叶状、下：竹叶状、下：竹叶状、下：竹叶状、针针状：互成一定的角状：互成一定的角状：互成一定的角状：互成一定的角度，度，度，度，如如如
12、如图图所示所示所示所示；所以；所以；所以；所以马马氏体片的最大尺寸取决氏体片的最大尺寸取决氏体片的最大尺寸取决氏体片的最大尺寸取决于奥氏体晶粒的大小：于奥氏体晶粒的大小：于奥氏体晶粒的大小：于奥氏体晶粒的大小：隐隐晶晶晶晶马马氏体：当最大尺寸的氏体：当最大尺寸的氏体：当最大尺寸的氏体：当最大尺寸的马马氏体氏体氏体氏体细细小到光学小到光学小到光学小到光学显显微微微微镜镜下分辨不清下分辨不清下分辨不清下分辨不清时时的片状的片状的片状的片状马马氏体叫做氏体叫做氏体叫做氏体叫做隐隐晶晶晶晶马马氏体；氏体；氏体；氏体；电镜电镜下：内部下：内部下：内部下：内部为为大量的微大量的微大量的微大量的微细孪细孪晶
13、，故片状晶，故片状晶，故片状晶，故片状马马氏氏氏氏体又叫作体又叫作体又叫作体又叫作孪孪晶晶晶晶马马氏体，氏体，氏体，氏体，23第二章热处理原理剖析常出常出现在高碳在高碳钢中，当含碳量大于中，当含碳量大于0.6易出易出现，故又叫高碳，故又叫高碳马氏体；氏体；当含碳量大于当含碳量大于1.4时，马氏体片中，可氏体片中，可看到看到“中脊中脊线”，如如图所示所示；重要特点：存在大量的重要特点：存在大量的显微裂微裂纹；第二章热处理原理剖析第二章热处理原理剖析第二章热处理原理剖析（）影响（）影响马氏体形氏体形态的主要因素：的主要因素：化学成分：最主要化学成分：最主要为中的含碳量：中的含碳量：在碳在碳钢中：中
14、：0.2，淬火后得到板条，淬火后得到板条马氏体；氏体；1.0，淬火后得到片状，淬火后得到片状马氏体；氏体；0.21.0之之间，淬火后得到片状，淬火后得到片状马氏体与板条氏体与板条马氏体的混合氏体的混合组织；：易形成片状易形成片状马氏体；氏体；第二章热处理原理剖析影响影响的因素：的因素：）含碳量）含碳量；故低碳；故低碳钢易形成板条易形成板条马氏体，高碳氏体，高碳钢易形成片易形成片状状马氏体；氏体；如如图所示所示；）合金元素：除）合金元素：除Co、Al外，均使外，均使，但效果不太明，但效果不太明显；第二章热处理原理剖析第二章热处理原理剖析 、马氏体的性能氏体的性能 马氏体性能的氏体性能的显著特点是
15、高硬度和高著特点是高硬度和高强度。度。 马氏体的硬度氏体的硬度值主要取决于主要取决于钢的含碳量，的含碳量，而与合金元素的关系是而与合金元素的关系是间接的；（合金元素接的；（合金元素对硬度的影响不大，但硬度的影响不大，但强度可提高）度可提高）n当含碳量小于当含碳量小于0.6%时，马氏体硬度随着氏体硬度随着含碳量的增加而迅速增加，当含碳量大于含碳量的增加而迅速增加，当含碳量大于0.6%时，由于淬火后残余奥氏体增多，使，由于淬火后残余奥氏体增多，使钢的硬度反而降低。的硬度反而降低。如如图所示；所示；30第二章热处理原理剖析n马氏体的氏体的强化机理化机理为：固溶固溶强化：主要是碳原子的固溶化：主要是碳
16、原子的固溶强化；化；亚结构构强化（相化（相变强化）：高密度的位化）：高密度的位错和和孪晶；晶；时效效强化（沉淀化（沉淀强化）：碳原子的偏聚化）：碳原子的偏聚和碳化物的析出。和碳化物的析出。原始晶粒尺寸越原始晶粒尺寸越细，马氏体条、片越氏体条、片越细，强度硬度越高；度硬度越高；第二章热处理原理剖析塑性和塑性和韧性：一般低碳板条性：一般低碳板条马氏体的氏体的强度和硬度低于高碳片状度和硬度低于高碳片状马氏体，但塑性和氏体，但塑性和韧性要高于片状性要高于片状马氏体；氏体；原因：原因：片状片状马氏体：微氏体：微细孪晶破坏了滑移系；碳晶破坏了滑移系；碳浓度高，晶格畸度高，晶格畸变大；大；显微裂微裂纹多，内
17、多，内应力大；所以脆性大；力大；所以脆性大；板条状板条状马氏体：位氏体：位错密度不均匀；碳密度不均匀；碳浓度度低，晶格畸低，晶格畸变小，有自回火；无小，有自回火；无显微裂微裂纹，内内应力小；所以塑性、力小；所以塑性、韧性好；性好；第二章热处理原理剖析马氏体淬火氏体淬火时，产生生较大内大内应力的力的原因：原因： 马氏体的比容是氏体的比容是钢中各中各组织中中最大的一种最大的一种(0.12708-0.13061)，奥氏，奥氏体的比容是各体的比容是各组织中最小的一种中最小的一种(0.12227)，当奥氏体向，当奥氏体向马氏体氏体转变时，引起的体，引起的体积膨膨胀非常大。非常大。第二章热处理原理剖析（三
18、）、（三）、马氏体氏体转变的特点的特点 、马氏体氏体转变的非的非扩散性散性马氏体氏体转变是在温度很低的情况下是在温度很低的情况下进行的，行的，因而因而铁、碳和合金元素的原子都不、碳和合金元素的原子都不发生生扩散，散，而是通而是通过集体的切集体的切变、有、有规律、近程的迁移律、近程的迁移来来完成相完成相变的。速度快。的。速度快。 Fe-Ni合金，合金，-20-195 ，每片形成，每片形成时间为510-5 5 10-7S。34第二章热处理原理剖析 、马氏体氏体转变的切的切变共格性共格性马氏体氏体转变时，预先抛光的先抛光的试样表面出表面出现倾动，产生表面浮凸（生表面浮凸（见下下图），），说明明马氏体
19、相氏体相变是在是在切切变共格的界面共格的界面（惯习面面）上上进行的。行的。第二章热处理原理剖析n惯习面面是一个尺寸形状不是一个尺寸形状不变的平面，的平面，且不且不发生生转动。n切切变理理论-G-T模型（两次切模型（两次切变理理论）M （1）、沿）、沿惯习面均匀面均匀切切变宏宏观变形形-浮凸浮凸-复复杂三棱三棱结构。构。（2）、宏）、宏观不均匀切不均匀切变-在在马氏体的氏体的（112）面的）面的11-1 方方向上向上发生生1213的切的切变。滑移滑移位位错或或孪生生-孪晶晶-体心立方体心立方第二章热处理原理剖析 、马氏体氏体转变具有一定的位向关系和具有一定的位向关系和惯习面：面： 关系关系: (
20、MS； 小于小于Md，形，形变可可诱发马氏体相氏体相变：第二章热处理原理剖析 7、马氏体氏体转变的可逆性的可逆性 某些有色金属奥氏体和某些有色金属奥氏体和马氏体可互相氏体可互相进行可逆行可逆转变。 MsMf范范围内，内，AM； AsAf范范围内，内，M A。 一般一般As大于大于Ms，两者相差很小的合金，两者相差很小的合金，如如Au-Cd，In-Ti，Cu-Al-热弹性性马氏体氏体-形状形状记忆合金的基合金的基础。第二章热处理原理剖析（四）（四）马氏体氏体转变的的应用用举例例1、低碳、低碳钢和低碳合金和低碳合金钢采用采用强烈淬火烈淬火板板条条马氏体。氏体。2、中碳低合金、中碳低合金钢或中碳合金
21、或中碳合金钢高温加高温加热淬火淬火板条板条马氏体加少量的片状氏体加少量的片状马氏体。氏体。3、高碳、高碳钢件件低温快速短低温快速短时加加热淬火淬火隐晶晶马氏体和碳化物。氏体和碳化物。4、焊接件一般含碳量小于接件一般含碳量小于0.2%，中碳，中碳钢焊接必接必须采取采取预热和和缓冷，多冷，多层焊。5、中、中锰耐磨耐磨铸铁。第二章热处理原理剖析六、六、贝氏体（）氏体（）转变 贝氏体是一种半氏体是一种半扩散型的中温散型的中温转变产物，物，转变温度位于珠光体温度位于珠光体转变温度之下，温度之下，马氏体之上氏体之上 贝氏体：是氏体：是过饱和的和的铁素体和碳化物的素体和碳化物的机机械械混合物。混合物。 与珠
22、光体与珠光体转变和和马氏体氏体转变有相似有相似之之处，有不同之，有不同之处。有。有扩散有切散有切变。 下下贝氏体具有氏体具有优良的良的综合机械性能，合机械性能，生生产中采用等温淬火中采用等温淬火获得。得。47第二章热处理原理剖析（一）、（一）、贝氏体的氏体的组织形形态、上、上贝氏体（氏体（上上）形成温度：形成温度：600350低倍形低倍形态：羽毛状：羽毛状 高倍形高倍形态：断：断续的短棒的短棒状的渗碳体分布在状的渗碳体分布在铁素体基体上素体基体上第二章热处理原理剖析n与珠光体和板条与珠光体和板条马氏体的区氏体的区别：n上上贝氏体中的氏体中的铁素体含素体含过饱和的碳；有和的碳；有位位错缠结存在，
23、存在，铁素体条素体条较宽，随，随转变温度的下降而减小。温度的下降而减小。Fe3C是断是断续的，条的，条状的，主状的，主轴平行于平行于铁素体条。素体条。n上上贝氏体中的氏体中的铁素体与素体与马氏体中的板条氏体中的板条马氏体相似，但位氏体相似，但位错密度小密度小2-3个数量个数量级。约108-109cm-2。第二章热处理原理剖析 、下、下贝氏体（氏体（下下） 形成温度：形成温度：350 低倍形低倍形态：针状或竹叶状状或竹叶状 高倍形高倍形态：在片：在片状的状的铁素体上分布着素体上分布着细小弥散的小弥散的碳化物，且碳碳化物，且碳化物与片的主化物与片的主轴成成5565角。有位角。有位错，密度大，密度大
24、于上于上贝氏体。无氏体。无挛晶。晶。第二章热处理原理剖析 、粒状、粒状贝氏体（氏体（粒粒）n 一般在低、中碳合金一般在低、中碳合金钢中常常中常常产生生 形成温度形成温度：在上：在上贝氏体形成氏体形成温度以上和温度以上和贝氏体氏体转变温度温度以下形成的以下形成的. 金相形金相形态：在：在铁素体的基体素体的基体上分布着不上分布着不规则的的颗粒状小粒状小岛，这些小些小岛可能是富碳的可能是富碳的奥氏体区，也可能是奥氏体奥氏体区，也可能是奥氏体的的转变产物，如珠光体型、物，如珠光体型、贝氏体型或氏体型或马氏体型氏体型转变产物。物。51第二章热处理原理剖析 性能取决于性能取决于F和碳化物的形和碳化物的形态
25、及分布及分布 形成温度越低，形成温度越低，贝氏体中的氏体中的铁素体素体变细，含碳量增加；碳化物的尺寸含碳量增加；碳化物的尺寸变小，数量小，数量增加，形增加，形态由断由断续的杆状或的杆状或层状状变为细片状。片状。 下下贝氏体，氏体，铁素体内沉淀素体内沉淀细小的碳化物，小的碳化物，位位错密度高，密度高，强度高，度高，韧性好。性好。 粒状粒状贝氏体，粒状或氏体，粒状或针状状铁素体上分布素体上分布着着许多小多小岛，强化作用。化作用。 因此，因此，贝氏体的氏体的强度，硬度提高。度，硬度提高。第二章热处理原理剖析（三）、（三）、贝氏体氏体转变特点特点、贝氏体氏体转变是一个形核与核是一个形核与核长大的大的过
26、程程需要一个孕育期，上需要一个孕育期，上贝氏体的氏体的领先先相是相是铁素体，素体，铁素体晶核首先在素体晶核首先在贫碳的碳的奥氏体晶界上形成，下奥氏体晶界上形成，下贝氏体的氏体的领先相先相也是也是铁素体，但可在奥氏体晶粒内部形素体，但可在奥氏体晶粒内部形成。成。53第二章热处理原理剖析 、贝氏体氏体转变是一个半是一个半扩散型相散型相变 贝氏体氏体转变中，中，铁和合金元素的原子和合金元素的原子不不发生生扩散，而只有碳等小原子散，而只有碳等小原子发生生扩散。散。第二章热处理原理剖析 、贝氏体中氏体中铁素体的形成是按素体的形成是按马氏体的氏体的转变机制来完成的机制来完成的贝氏体相氏体相变时也出也出现表面浮凸，也出表面浮凸，也出现惯习面，面，其中，上其中，上贝氏体的氏体的惯习面是面是111，下，下贝氏体的氏体的惯习面是面是225。 贝氏体中氏体中铁素体与母相奥氏体也保持素体与母相奥氏体也保持严格的格的结晶学位相关系。晶学位相关系。 350-450形成的上形成的上贝氏体中氏体中F与与A存在西山关系：存在西山关系： 110111 110 211 250形成的下形成的下贝氏体中氏体中F与与A存在关系存在关系: 110111 111 110原因：原因：第二章热处理原理剖析第二章热处理原理剖析
