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影响钢中Ms点的五个因素

嘉峪检测网        2022-07-13 00:02

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。 

 

影响钢中Ms点的五个因素

 

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)。

 

影响钢中Ms点的五个因素

 

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。

 

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。

 

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。

 

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。

 

影响钢中Ms点的五个因素

 

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。

 

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。

 

如图4所示,淬火冷却时外加磁场使Ms升高至Ms’,但转变量增加趋势与不加磁场时基本一致。而在相变尚未结束时撤去外加磁场,则相变立即恢复到不加磁场时的状态,并且马氏体最终转变量也不发生变化。 

 

影响钢中Ms点的五个因素

 

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。

 

影响钢中Ms点的五个因素

 

图5 外加磁场引起Ms点升高的热力学示意图

 
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