录
NO.0 MS点在生产中具有很重要的意义,因此了解影响Ms点的因素是十分必要的。 ✦✦ 01 化学成分的影响 一般说来,Ms点主要取决于钢的化学成分,其中以碳含量的影响最为显著,随钢中的碳含量增加,马氏体相变的温度范围下降,如图1所示。 随碳含量增加,Ms点和Mf点的变化并不完全一致,Ms点呈较为均匀的连续下降;而Mf点在碳含量小于0.6%时比Ms点下降得更显著,因而扩大了马氏体相变的温度范围(Ms-Mf)。但当碳含量大于0.6%时,Mf点下降缓慢,并且因为Mf点已下降到0℃以下,致使淬火后的室温组织中存在有较多的残余奥氏体。 图1 碳含量对Ms和Mf的影响 N对Ms点的影响与C类似。 N和C一样,在钢中都形成间隙固溶体,对γ相和α相均有固溶强化作用,但对α相的固溶强化作用尤为显著,因而增大了马氏体相变的切变阻力,使相变驱动力增大。同时,C、N还是稳定γ相的元素,它们降低γ→α’相变的平衡温度T0,故强烈地降低Ms点。 钢中常见的合金元素均使Ms点降低,但效果不如碳显著。只有Al和Co使Ms点升高(如图2所示)。 图2 合金元素对铁合金Ms点的影响 降低Ms点的元素按其影响强烈程度顺序排列为:Mn、Cr、Ni、Mo、Cu、W、V、Ti。其中W、V、TI等强碳化物形成元素在钢中多以碳化物形式存在,淬火加热时一般溶于奥氏体中甚少,故对Ms点影响不大。 合金元素对Ms点的影响主要决定于它们对平衡温度T0的影响以及对奥氏体的强化作用。凡剧烈降低T0温度及强化奥氏体的元素(如C)均剧烈地降低Ms点。 Mn、Cr、Ni等既降低T0温度又稍增加奥氏体强度,所以也降低Ms点。Al、Co、Si、Mo、W、V、Ti等均提高T0温度,但也程度不同地增加奥氏体强度。 所以, ① 若前者作用较大时,则使Ms点升高,如Al、Co; ② 若后者作用较大时,则使Ms点降低,如Mo、W、V、Ti; ③ 当两者作用大致相当时,则对Ms点影响不大,如Si。 实际上,钢中合金元素之间相互影响十分复杂,钢的Ms点主要还是要靠试验来测定。 一般认为,凡是降低Ms点的合金元素也同样降低Mf点。 NO.1 ✦✦ 02 形变与应力的影响 前已述及,当奥氏体在Md-Ms之间进行塑性变形时会诱发马氏体相变。同样,在Ms-Mf之间进行塑性变形也可以促进马氏体相变,使马氏体转变量增加。一般来说,形变量越大,形变温度越低,则形变诱发马氏体转变量就越多。 由于马氏体相变必然产生体积膨胀,因此多向压缩应力将阻止马氏体的形成,因而降低Ms点。而拉应力或单向压应力往往有利于马氏体形成,使Ms点升高。 NO.2 ✦✦ 03 奥氏体化条件的影响 加热温度和保温时间对Ms点的影响较为复杂。 加热温度升高和保温时间延长,有利于碳和合金元素进一步溶入奥氏体中,而使Ms点下降,但同时又会引起奥氏体晶粒的长大,并使其晶体缺陷减少,马氏体形成时的切变阻力减小,从而使Ms点升高。 一般情况下,若不发生化学成分变化,即在完全奥氏体化条件下,提高加热温度和延长保温时间将使Ms点有所升高;而在不完全加热条件下,提高温度或延长时间将使奥氏体中的碳及合金元素含量增加,导致Ms点下降。 在奥氏体成分一定情况下,晶粒细化则奥氏体强度提高,马氏体相变切变阻力增大,使Ms点下降。但当晶粒细化并不显著影响切变阻力时,则对Ms点没有太大影响。 NO.3 ✦✦ 04 淬火冷却速度的影响 淬火冷却速度对Ms点的影响如图3所示。 图3 淬火速度对Fe-0.5%C-2.05%NI钢Ms点的影响 在淬火速度较低时,Ms点保持恒定,形成一个较低的台阶,它相当于钢的名义Ms点。在淬火速度很高时,出现Ms点保持恒定的另一个台阶。在上述两种淬火速度之间,Ms点随淬火速度增大而升高。 上述现象可解释如下: 假设相变之间奥氏体中C的分布是不均匀的,在位错等缺陷处发生偏聚,形成“C原子气团”。这种“气团”大小与温度有关,在高温下原子扩散能力强,C原子偏聚倾向较小,因此“气团”尺寸也较小。但当温度降低时,原子扩散能力减弱,C原子的偏聚倾向逐渐增大,以内“气团”尺寸随温度降低而逐渐增大。 在正常淬火条件下,这些“气团”可以达到足够大小,对奥氏体起强化作用。而极快的淬火速度抑制“气团”的形成,引起奥氏体弱化,使马氏体相变时切变阻力降低,因而Ms点升高。但当冷却速度足够大时,“气团”弯曲 被抑制,Ms点不再随淬火速度增大而升高。 NO.4 ✦✦ 05 磁场的影响 试验证明,钢在磁场中淬火冷却时,外加磁场将诱发马氏体相变,与不加磁场相比,Ms点升高,并且相同温度下的马氏体转变量增加。但是,外加磁场只使Ms点升高,而对Ms点以下的相变行为并无影响。 图4 外加磁场对马氏体转变过程的影响 外加磁场影响马氏体相变的原因,主要是外加磁场使具有最大磁饱和强度的马氏体相趋于更稳定。 如图5所示,在磁场中马氏体的自由能降低,而磁场对于非铁磁相奥氏体自由能的影响不大因此两相平衡温度T0升高,Ms点也随之升高。也可认为,外加磁场实际上是用磁能补偿一部分化学驱动力,由于磁力诱发而使马氏体相变在Ms点以上即可发生。这种现象从热力学角度来看与形变诱发马氏体相变很相似。 图5 外加磁场引起Ms点升高的热力学示意图 NO.5 ✦✦ 06 结束语 通过本期内容的介绍,大家应该对影响Ms点的5个因素都比较清楚了。当然了,定期回顾这些知识点,对于我们理解知识点也会起到有益的作用。 好的,本期内容到此就结束了,欲知后续精彩内容,且看下期分解。 NO.6 END 编辑/与君漫谈热处理 |
|
来自: 颜逸堂主 > 《金属材料与热处理》