零讀雜談（熱處理五）

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本來打算直接開始說貝氏體的，但是最近又重新體會了下馬氏體組織，反復看看了書中關(guān)于馬氏體的一些介紹。因此，看來又要多說說馬氏體了。
, \. U* e3 n: k, w5 U# ~' h- H另外，發(fā)現(xiàn)上次寫的一個錯誤。上次的讀書應該是《材料科學基礎(chǔ)》，沒留意寫成了《材料工程基礎(chǔ)》。甚感抱歉。因此造成的誤會還請諒解。
& E5 A+ |+ R4 T3 c( b' }2 k' xPS。我發(fā)現(xiàn)每次的帖子后面都會有大俠問具體該怎么用的問題。說實話，各人認為這樣的問題有些空，或者說這樣的問題實際上不是由熱處理知識完全涵蓋的。比如板條馬氏體，因為既擁有高強度，又具備一定韌性，特別是馬氏體還具備良好的抗腐蝕性。因此也被用作馬氏體不銹鋼，用于水電項目。但對于熱處理來說，我們關(guān)注更多的不是馬氏體之外的部分，而是形成、控制和基本的特性。所以，怎么說呢？有疑是好事，有疑就多找找相關(guān)的書看吧。沒有別的啥辦法。哈哈。
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3 a5 f" N! s$ e0 p5 m1 B) r4 x. P好了，回正題了，今天主要討論馬氏體和貝氏體。
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) D; `+ ^1 k4 p! b: h6 Z讀書：《材料科學基礎(chǔ)》　王昆林　主編
　　　清華大學出版社

　　　雜談五

+ z% D; j3 c! a! F! B9 b4 W0 Q上一次，討論了很多關(guān)于馬氏體的東西。簡單基礎(chǔ)的說了說兩種常見馬氏體的結(jié)構(gòu)和性能。當然，實際中還存在其他馬氏體結(jié)構(gòu)，比如蝶形馬氏體。哪位大俠有興趣，可以去找找相關(guān)資料自行學習。
* f  ^1 A6 s6 u: |8 W4 j這一次，先繼續(xù)討論下馬氏體組織。當然，也只是簡單的說一些相關(guān)，目的是為后面的熱處理工藝作一個鋪墊。
首先說，同其他組織一樣，（當然，寫到目前，我們還沒提及），馬氏體從奧氏體轉(zhuǎn)變，有一個起始轉(zhuǎn)變溫度，Ms。同時，金屬組織的轉(zhuǎn)變也不會像水的結(jié)晶，也一定存在一個終止轉(zhuǎn)變溫度，Mf。因為馬氏體轉(zhuǎn)變屬于非擴散型轉(zhuǎn)變，所以，馬氏體的起始轉(zhuǎn)變溫度和終了溫度都是一定的。但這個一定并不是一個確定的值。馬氏體的兩個轉(zhuǎn)變溫度與冷卻速度無關(guān)，見下圖，但卻受其母相的成分組成，組織結(jié)構(gòu)，以及冷卻過程、壓力、應力、磁場等因素的影響。

根據(jù)材料學家的統(tǒng)計處理，針對中碳合金鋼，人們得到一些經(jīng)驗公式：
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因此，我們也能看到。碳含量對于馬氏體起始溫度的影響最大。而除了Co， Al之外，幾乎所有的合金元素都會降低轉(zhuǎn)變溫度。
起始，從位能角度說，Ms點時奧氏體和馬氏體兩相自由能差達到相變所需的最小驅(qū)動力值時的溫度，而C，N之類的元素在鋼種形成間隙固溶體，同時又對奧氏體、鐵素體有強化作用，從而顯著增大馬氏體轉(zhuǎn)變的切變阻力，所以，也可以理解這些元素帶來的馬氏體轉(zhuǎn)變影響。
接著，在實際熱處理中，人們也注意到一些現(xiàn)象。淬火時，會因冷卻緩慢或者冷卻過程中停留引起奧氏體穩(wěn)定性提高，使得馬氏體轉(zhuǎn)變遲滯，這一現(xiàn)象稱為奧氏體的熱穩(wěn)定化。而同時，人們在長期的觀察中也發(fā)現(xiàn)，馬氏體本身也會增加對周圍奧氏體的穩(wěn)定性。而奧氏體的穩(wěn)定性又極大地受到C，N元素的影響。通過研究，人們總結(jié)出下圖來確定所需提供的附加的化學驅(qū)動力所需的過冷度。

此外，塑性變形，等也會影響馬氏體的形成，這里不細說。這里要稍微占點篇幅，簡單討論下馬氏體轉(zhuǎn)變中影響孿生和滑移兩種轉(zhuǎn)變的因素。
$ U9 K3 a, _" ]. B之前，我們提到過，板條馬氏體和透鏡馬氏體的形成機理不同，因此最后的結(jié)構(gòu)也不同。其區(qū)別就是滑移和孿生的區(qū)別。而這兩種轉(zhuǎn)變，都基于相變所需的化學自由能變化量，ΔG。ΔG越大，越容易形成透鏡馬氏體。反之，則容易形成板條馬氏體。正如下圖所示，產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變所需的孿生、滑移兩種轉(zhuǎn)變同應力及溫度的關(guān)系。這也為我們合理的按照設(shè)計要求進行熱處理提供了依據(jù)。
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& K' }8 b) w- E4 J好了，關(guān)于馬氏體就討論這些。而關(guān)于馬氏體回火的組織轉(zhuǎn)變等，我們會留到回火一章的時候穿插。而關(guān)于馬氏體的逆變以及彈性、偽彈性乃至記憶性，就需要有興趣的大俠自行了解了。下面簡單說貝氏體。
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貝氏體轉(zhuǎn)變同珠光體轉(zhuǎn)變一樣，是一個形核與長大的過程。都是從奧氏體形核生長新的鐵素體+滲碳體。只是，貝氏體同珠光體不同，其鐵素體滲碳體的形成不是同時的。換句話說，由于過冷度大，溫度低，雖然奧氏體內(nèi)能新城貧富碳區(qū)，但是貧碳區(qū)的鐵素體會優(yōu)先形成并長大。當鐵素體生長到臨界尺寸后，開始長大的過程中，過飽和的碳向周邊擴散，才開始形成碳化物。因此，貝氏體轉(zhuǎn)變的速度遠低于馬氏體。（馬氏體的轉(zhuǎn)變接近音速，幾乎是瞬間完成的。）

3 C8 B7 r+ B8 r貝氏體由于形成溫度不同，主要存在上貝氏體，下貝氏體兩種穩(wěn)定組織結(jié)構(gòu)。（另外也存在一些其他的貝氏體組織，比如粒狀、反常等。有些不穩(wěn)定，隨著溫度降低形成新的組織，有些則少見。）

1 n/ q! T8 T- t! d* T1 D9 a1 a$ T上貝氏形成溫度高，鐵素體主要以平行形式生長，其結(jié)構(gòu)類似于板條馬氏體，只是其板條以鐵素體聚集而成。上貝氏體多呈現(xiàn)羽毛狀。其組織中存在位錯纏結(jié)，但其位錯密度低于馬氏體2-3個量級。下圖為上貝氏，光學放大500倍。

下輩是組織構(gòu)成上與上貝氏相同。但形成形貌完全不同。下貝氏體呈黑色針狀，各個針狀物之間存在一定的交角。下貝氏體鐵素體立體形態(tài)，類似于透鏡馬氏體，也呈透鏡狀。下貝氏體的鐵素體亞結(jié)構(gòu)存在高密度的錯位，但卻不存在孿晶亞結(jié)構(gòu)，其錯位密度高于上貝氏體。下圖為下貝氏體，光學放大500倍。


貝氏體的力學性能主要取決于其組織形態(tài)。
貝氏體中的鐵素體因呈條狀或塊狀，因此具備較高的硬度和強度，隨溫度下降，會向條狀、針狀或片狀轉(zhuǎn)化。貝氏體中晶粒越小，強度越高，但韌性不會降低，甚至有所提高。
貝氏體中的滲碳體，其存在數(shù)量影響整個滲碳體性能。數(shù)量越多，硬度強度越高，但韌性塑性越低。而滲碳體的數(shù)量取決于碳含量。當含碳量一定時，隨著轉(zhuǎn)變溫度越低，滲碳體尺寸越小，數(shù)量越多，硬度強度增高，但韌性塑性降低不多。另外，貝氏體中滲碳體的形狀也影響性能。粒狀滲碳體韌性高；細小片狀的強度高；如果出現(xiàn)斷續(xù)桿狀或者層狀則脆性較大；而當滲碳體等向均勻彌散分布時，無論強度還是韌性都較高。
: h) [7 w" \$ ?$ {( ]此外，貝氏體中如果存在軟相的參與奧氏體，如果數(shù)量少且均勻分布，會使貝氏體強度略微降低，但可提高韌性塑性。如果含量多，韌性塑性提高的同時會大量降低強度，特別是屈服強度和疲勞強度。
2 o  a- l1 c# u  o8 E2 A6 C1 b+ W當貝氏體經(jīng)過處理后形成存在馬氏體板條時，強度硬度會大幅提升，而韌性稍微下降甚至不降。而如果出現(xiàn)孿晶的透鏡馬氏體，則會降低沖擊韌性。
! O+ C# G8 Z9 G  D" A! N3 Y貝氏體處理的冷卻速度低，因此也可能先發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，最終形成鐵素體+珠光體，導致強度和硬度的降低。但如果形成細微粒的索氏體或屈氏體，則對強度和硬度影響較小。
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0 y9 n9 d5 _5 W( T. E3 l1 q7 }總的來說，上貝氏體形成溫度高，晶粒粗大，碳化物呈短桿平行分部，鐵素體和碳化物分不具有明顯的方向性，使得鐵素體板條間易山生脆斷，鐵素體本身也可能成為裂紋擴展的途徑。特別是某些溫度區(qū)間內(nèi)（如下圖），整個上貝氏體的強度硬度變低，而且沖擊韌性也明顯下降。因此工程中一般應予以避免。
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而下貝氏體中鐵素體針細小而且分布均勻，而且存在大量高密度位錯，彌散分部大量的細小e碳化物。因此下貝氏體不但強度高，而且韌性也很好，具備優(yōu)良的綜合性能。因此在生產(chǎn)中有大量的應用。
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* u4 z1 S- u4 F3 @5 r" d- S就說這些吧。

千里馬好

樓主是搞熱處理的

拉斯特

大俠能夠結(jié)合各種邊界條件，針對某一材料進行針對性分析？

qaz111772015

學習了，了解到貝氏體內(nèi)一些因素對貝氏體力學性能的影響

鑰匙wz

看得我頭都大了

迷茫的維修

鐵碳相圖一直沒看懂，熱處理理解不透徹

劉騰飛

能不能舉一個具體的例子：下貝氏體中鐵素體針細小而且分布均勻，而且存在大量高密度位錯，彌散分部大量的細小e碳化物。因此下貝氏體不但強度高，而且韌性也很好，具備優(yōu)良的綜合性能。因此在生產(chǎn)中有大量的應用。

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謝謝樓主, 先mark一下, 慢慢仔細看

張曉剛zxg

學習了

小布丁123

太專業(yè)，看不懂