低温形变热处理后组织的变化特点

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：显然马氏体组织的细化不是在钢低温形变淬火后获得强化效果的唯一原因。低温形变淬火马氏体的组织结构是从形变奥氏体继承下来的。形变奥氏体处于加工硬化状态。研究发现，形变淬火钢的强度与奥氏体加工硬化度之间存在良好的线性关系。当形变率超过10%时，位错数量的增长变缓。总之，低温形变淬火所形成的马氏体含有较高的位错密度、细小弥散的碳化物和较低的固溶碳含量。

1.形变淬火马氏体组织的细化

低温形变淬火可使马氏体细化。在一定奥氏体化温度下，形变量越大，马氏体组织越细，钢的屈服强度越高。例如，对含0.32%C、3.0%Cr、1.5%Ni(质量分数)的钢在930℃、1040℃和1150℃奥氏体化，595℃形变，形变率为50%、75%、90%时的马氏体片尺寸均随变形量的增加而减小。在相同奥氏体化温度加热后，在相同温度下进行形变，其抗拉强度Rm和屈服强度ReL与马氏体片尺寸d满足Hall-Petch关系。但不同奥氏体化温度下，获得同样尺寸的马氏体，具有不同的屈服强度。显然马氏体组织的细化不是在钢低温形变淬火后获得强化效果的唯一原因。

2.钢形变淬火组织中存在大量晶体缺陷

低温形变淬火马氏体中有大量位错，在位错线处有细小弥散的碳化物析出，在马氏体细片中还存在更微细的亚晶块结构。亚晶块边界由位错组成，是大量位错聚集的场所。在研究0.2C-5Cr-2Mo和0.2C-5Ni-2Mo钢低温形变淬火组织时，发现钢的屈服强度与亚晶块尺寸满足Hall-Petch关系。

低温形变淬火马氏体的组织结构是从形变奥氏体继承下来的。在形变奥氏体中有较高的位错密度和在形变中析出的细小弥散的碳化物。形变奥氏体处于加工硬化状态。

为了研究奥氏体的形变强化以及碳化物形成元素的影响，还必须引入奥氏体加工硬化度(nK)的概念。假定奥氏体在427～538℃时形变，其真应力σ与真应变ε之间符合下列关系

式中 K——强化系数；

n——加工硬化系数。

从式(6-1)可求出，加工硬化率＝nKεn-1，　定义ε＝100%时的加工硬化率为加工硬化度。研究发现，形变淬火钢的强度与奥氏体加工硬化度之间存在良好的线性关系。形变淬火钢强度与奥氏体强化程度间、形变淬火马氏体硬度与形变奥氏体流变应力间都存在着一定的线性关系。从这些关系中不难看出，形变奥氏体的亚晶结构确实被随后转变成马氏体继承下来。

3.形变奥氏体中的碳化物析出

在钢的低温形变淬火时，亚稳奥氏体强度随形变率的增加而不断上升，当形变率超过40%时，强度上升速度更快(图6-6)。这一现象不能用单纯的位错密度增加来解释，因为位错密度的增加呈抛物线规律。当形变率超过10%时，位错数量的增长变缓。

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图6-6　45Cr3NiSi钢亚稳奥氏体在不同温度下压缩时的强度曲线

一些研究结果证实，在400～500℃时，未形变奥氏体中的碳化物形核比较困难，只能沿晶界生成粗粒状碳化物，而形变之后却可以在位错上形核。这说明在500℃左右的形变温度下，形变奥氏体位错上的沉淀反过来又影响形变中产生的位错密度，因为碳化物沉淀能很快钉扎已有位错，使在进一步形变时能以更大的速度产生新的位错。这样就可以提供更多的沉淀部位，相互促进，往复不断。这就可以解释图6-6中出现的亚稳奥氏体形变的高应变强化速度，也可以解释低温形变淬火钢强度与形变量间的线性关系，还可以解释低温形变淬火钢为什么具有较高的耐回火性。

在形变温度下，许多合金钢亚稳奥氏体中的碳溶解度极低，其中的碳处于过饱和状态，析出碳化物后固溶体以及随之转变形成的马氏体碳含量很低。总之，低温形变淬火所形成的马氏体含有较高的位错密度、细小弥散的碳化物和较低的固溶碳含量。马氏体中固溶碳的含量低可能就是低温形变淬火钢比普通淬火钢有较高塑性和韧性的主要原因。

低温形变热处理后组织的变化特点

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