零讀雜談（熱處理五）

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發表于 2015-1-30 08:06:45 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

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，反復看看了書中關于馬氏體的一些介紹。因此，看來又要多說說馬氏體了。
另外，發現上次寫的一個錯誤。上次的讀書應該是《材料科學基礎》，沒留意寫成了《材料工程基礎》。甚感抱歉。因此造成的誤會還請諒解。
PS。我發現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，有疑就多找找相關的書看吧。沒有別的啥辦法。哈哈。

好了，回正題了，今天主要討論馬氏體和貝氏體。

讀書：《材料科學基礎》　王昆林　主編
　　　清華大學出版社

　　　雜談五

上一次，討論了很多關于馬氏體的東西。簡單基礎的說了說兩種常見馬氏體的結構和性能。當然，實際中還存在其他馬氏體結構，比如蝶形馬氏體。哪位大俠有興趣，可以去找找相關資料自行學習。
這一次，先繼續討論下馬氏體組織。當然，也只是簡單的說一些相關，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），馬氏體從奧氏體轉變，有一個起始轉變溫度，Ms。同時，金屬組織的轉變也不會像水的結晶，也一定存在一個終止轉變溫度，Mf。因為馬氏體轉變屬于非擴散型轉變，所以，馬氏體的起始轉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。馬氏體的兩個轉變溫度與冷卻速度無關，見下圖，但卻受其母相的成分組成，組織結構，以及冷卻過程、壓力、應力、磁場等因素的影響。

根據材料學家的統計處理，針對中碳合金鋼，人們得到一些經驗公式：

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變的切變阻力，所以，也可以理解這些元素帶來的馬氏體轉變影響。
接著，在實際熱處理中，人們也注意到一些現象。淬火時，會因冷卻緩慢或者冷卻過程中停留引起奧氏體穩定性提高，使得馬氏體轉變遲滯，這一現象稱為奧氏體的熱穩定化。而同時，人們在長期的觀察中也發現，馬氏體本身也會增加對周圍奧氏體的穩定性。而奧氏體的穩定性又極大地受到C，N元素的影響。通過研究，人們總結出下圖來確定所需提供的附加的化學驅動力所需的過冷度。

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變中影響孿生和滑移兩種轉變的因素。
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，因此最后的結構也不同。其區別就是滑移和孿生的區別。而這兩種轉變，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，產生馬氏體轉變所需的孿生、滑移兩種轉變同應力及溫度的關系。這也為我們合理的按照設計要求進行熱處理提供了依據。

好了，關于馬氏體就討論這些。而關于馬氏體回火的組織轉變等，我們會留到回火一章的時候穿插。而關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。

貝氏體轉變同珠光體轉變一樣，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，雖然奧氏體內能新城貧富碳區，但是貧碳區的鐵素體會優先形成并長大。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，貝氏體轉變的速度遠低于馬氏體。（馬氏體的轉變接近音速，幾乎是瞬間完成的。）

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

上貝氏形成溫度高，鐵素體主要以平行形式生長，其結構類似于板條馬氏體，只是其板條以鐵素體聚集而成。上貝氏體多呈現羽毛狀。其組織中存在位錯纏結，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，類似于透鏡馬氏體，也呈透鏡狀。下貝氏體的鐵素體亞結構存在高密度的錯位，但卻不存在孿晶亞結構，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。
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，其存在數量影響整個滲碳體性能。數量越多，硬度強度越高，但韌性塑性越低。而滲碳體的數量取決于碳含量。當含碳量一定時，隨著轉變溫度越低，滲碳體尺寸越小，數量越多，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；如果出現斷續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。
此外，貝氏體中如果存在軟相的參與奧氏體，如果數量少且均勻分布，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。
當貝氏體經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。而如果出現孿晶的透鏡馬氏體，則會降低沖擊韌性。
貝氏體處理的冷卻速度低，因此也可能先發生珠光體轉變，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。

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。特別是某些溫度區間內（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。

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，具備優良的綜合性能。因此在生產中有大量的應用。

就說這些吧。

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