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低碳马氏体的形态

来源:baiyundou.net   日期:2024-07-27


  马氏体的本质脆性是淬火裂纹的内因,而马氏体的晶体结构、化学成分、冶金缺陷等是马氏体本质脆性的影响因素;各种工艺条件、零件尺寸形状等引起的宏观内应力的大小、方向、分布状态等是淬火裂纹的外因。下面将从微观到宏观,从内部到外部对钢件的淬火裂纹进行分析。


  1.1 马氏体本质脆性——钢件淬火裂纹的内因


  众所周知,中高碳钢淬火后,其韧性低,脆性大,易产生显微裂纹和宏观开裂。这主要是由马氏体的本质脆性决定的。而马氏体的本质脆性又决定于材料的冶金质量、含碳量和合金元素、原始组织状态、马氏体的组织结构、显微应力及显微裂纹等。

  图1 淬火裂纹的宏观形态图

  1.1.1 材料冶金质量


  缩孔和严重的轧制缺陷造成材料明显的不均匀性,这时材料是不宜进行热处理的。而不少材料的冶金缺陷均可能单独与宏观或微观的内应力发生作用,促发淬火裂纹。这些冶金质量问题包括:宏观偏析、固溶体偏析、固溶氢、锻轧缺陷、夹渣、铁素体珠光体带状组织及碳化物带状组织等。


  图2 沿夹杂物扩展的淬火裂纹


  1.1.2 材料含碳量和合金元素


  含碳量增加将降低马氏体的断裂强度。根据脆性固体理论断裂强度:



  其中E、d值与含碳量相关,含碳量提高,马氏体中铁原子间结合力降低,弹形模量也降低,钢的断裂强度也随之降低。碳量增加,d值增加,使断裂强度降低。


  而合金元素对淬火裂纹的影响不一,例如Mn、Cr、V、Mo等元素与C一样,随其含量的增加而淬裂倾向变大。然而,B元素较为特殊,B能有效地提高淬透性。稀土元素对淬裂的影响研究甚少,说法不一。适量的稀土元素可减少位错移动所需要的摩擦力,因而有降低脆性破断倾向的作用。稀土元素富集于晶界,可净化和强化晶界,使P等杂质难以再偏集于晶界,可能起到减轻沿晶断裂的作用。


  1.1.3 原始组织状态


  除了钢中的化学成分以外,淬火前的原始组织结构的影响也很大。例如片状珠光体;马氏体和贝氏体等非平衡组织;不均匀、网状碳化物;非金属夹杂物;锻造过热组织及流线等均可能导致或促发淬火开裂。


  图3 不同形态珠光体组织对淬裂的影响


  1-细片状珠光体;2-点状珠光体;3-细粒状珠光体;4-粗粒状珠光体


  1.1.4 马氏体中的显微裂纹


  马氏体形成时容易产生显微裂纹,这是指在中高碳钢中,而低碳钢的马氏体组织中难以形成显微裂纹。这是因为低碳马氏体为平行的板条,相互碰撞的机会少,且本身的塑性高,可以通过变形而使应力松弛,不易产生显微裂纹。而高碳马氏体内由于马氏体片相互碰撞,片状马氏体又不能作相应的形变来消除应力,造成碰遇处的应力场,当应力足够大时就形成显微裂纹。这种先天的缺陷使高碳马氏体进一步增加了脆性,在其它应力的作用下,显微裂纹可能发展为宏观开裂。

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(编辑:自媒体)
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