零讀雜談（熱處理四）

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電梯直達

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發表于 2015-1-20 07:06:41 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

一直也沒更新，深感抱歉。最近事兒比較多，也就沒顧上。看到有社友發消息等待更新，甚感愧疚。
好了，不多說了。轉入正題。
今天主要通過另外一本書，來認識熱處理過程中的兩大相變組織之一，馬氏體。

讀書：《材料工程基礎》　王昆林　主編
　　　清華大學出版社

　　　雜談四

年前的時候，8爺在扯淡貼里面提及和強調了馬氏體，特別是板條馬氏體的作用。那么，這里我們就先來認識下馬氏體組織的兩種不同的類型：板條馬氏體（也叫帶狀馬氏體，錯位馬氏體）和透鏡馬氏體（也叫片狀馬氏體，針狀馬氏體或者孿晶馬氏體）。
下圖左為板條馬氏體，右為透鏡馬氏體。

什么是馬氏體。一般認為，馬氏體是由奧氏體晶格基礎上，沿一定鏡面，鐵原子集體移動（不超過一個原子間距），使面心立方改組為體心正方晶體，碳原子原地不動，過飽和的留存于a鐵中的過飽和固溶體。注意，馬氏體是體心正方晶格，不同于鐵素體的體心立方晶格。如下圖：

因此，馬氏體的含碳量可以很高。換句話說，就是母相奧氏體的含碳量有多少，最后形成的馬氏體含碳量就能達到多少。含碳量越高，晶格畸變越嚴重，錯位強度越高。
實驗證明，馬氏體片是以兩相交界面為中心發生傾斜，并不發生旋轉。于是，馬氏體相變過程中，不但會發生體積變化，同時，也會發生形狀的改變。比如在拋光的表面產生浮凸或者傾動，并使周圍基體畸變。如果預先在拋光的表面劃上直線刻痕，轉變只有，就會在相界處出現連續的折線。

馬氏體有兩種基本組織，其形成過程是截然不同的，也因此產生了不同的機械性能。
馬氏體相變的過程有兩種，即滑移和孿生。這兩個過程受溫度影響，外力影響，含碳量影響。
如果點陣不變，形變時滑移，那么最終得到的是板條馬氏體。而如果是孿生，得到的則是透鏡馬氏體。一般來說，在低碳鋼和低鎳合金中，產生的是板條馬氏體。而高碳鋼和高于37%的鐵鎳合金里，產生的是透鏡馬氏體。

在顯微組織里，比如上面貼出的晶相圖左，我們可以看到，板條馬氏體往往在一個原奧氏體晶粒內可以形成幾個位向不同的晶區。一個晶區也可被幾個馬氏體板條分割，每個馬氏體板條束由排列成束狀的細長板條組成。有時，晶區也可以由兩種不同的板條束組成。同一晶區內的不同種類板條束以大角度晶界分開，每個板條束內的近乎平行的細長板條以小角度晶界分開。每一個板條晶為一單晶體，由殘余奧氏體薄膜分隔。板條馬氏體有大量的錯位，并且作為分布不均，形成胞裝壓晶。

透鏡馬氏體呈針狀或竹葉狀，如上面貼出的晶相圖右。這里要說，雖然我們看到的透鏡馬氏體是針狀的，但是其整體以透鏡片的形式存在，也因此被稱為片狀馬氏體。透鏡馬氏體顯微組織中，馬氏體片相互不平行，往往在一個奧氏體晶粒內，第一片馬氏體片貫穿整個奧氏體晶粒，分割奧氏體，而后面形成的馬氏體長度變小，錯位形成。因此，片狀馬氏體大小不一，越是后形成的馬氏體片，尺寸越小。如下面的示意圖。

透鏡馬氏體的片層中部，有一根到兩根平行的直紋，稱為“中脊”。中脊是一個面，易發生自毀或，易沉淀，易腐蝕，可能是缺陷的富集區。透鏡馬氏體的精細亞結構主要為孿晶，但孿晶通常不擴展到馬氏體邊緣區，于是邊緣區存在高密度的錯位。

馬氏體，無論是透鏡馬氏體還是板條馬氏體，都因為碳的固溶強化作用而產生強化和硬化。特別是透鏡馬氏體，這種強化能使其硬度達到HV900。無論是板條馬氏體還是透鏡馬氏體，都依靠其高密度的錯位，阻止位錯的運動，形成強化和硬化。馬氏體形成的最終條、片，其尺寸越小，最終獲得的強度越高，即界面結構強化。

但是板條馬氏體和片狀馬氏體又不同。
板條馬氏體，由于其含碳量低，加上自回火性質，所以晶格正方度小，淬火應力小。同時，板條馬氏體的高密度錯位分布不均，存在利于錯位運動的低密度區，并且不存在顯微裂紋。故，板條馬氏體在擁有足夠的強度和硬度的同時，具備良好的韌性。這也是8爺強調在螺栓晶相中，板條馬氏體分布的原因。當然，這么解釋只是一個很籠統的解釋，但基本的原理就是如此。

透鏡馬氏體含碳量高，晶格正方畸變大，使得其塑性降低，脆性增大。同時，透鏡馬氏體的孿生晶界不利于滑移，進一步增大脆性。同時，由于透鏡馬氏體的片層形成中存在晶界撞擊，易形成大量的顯微裂紋，同時因為存在較大的淬火內應力，都進一步的增大了脆性。因此，透鏡馬氏體的特性是硬而脆。適合表面硬化、耐磨處理的部分。

另外，關于脆性和韌性，以及強度和硬度，可能對很多人依舊比較抽象。簡單來說，脆性是說，一個物體，你給他一個沖擊功，他發生永久變形吸收能量的部分少，多數將你沖擊功轉變成了晶間破裂所需的能量。因此，你一沖擊，他容易斷裂破碎。韌性是說，你的沖擊功打上去，他就先發生彈性變形，然后發生塑性變形，晶間出現滑移、旋轉等變形，并通過這個過程吸收掉你的沖擊功，而不產生晶間斷裂。因此，對于同樣尺寸的物體，你就需要更多的沖擊功，先迫使其抗沖擊界面變小，然后才能使其斷裂。大概就是這樣。

時間倉促，加上關于馬氏體的東西有相當于，這里只說這些。下一篇，說貝氏體。

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