上海交通大学：《金属材料强韧化与组织调控》课程教学资源（PPT课件讲稿）马氏体组织与材料强韧化（2/2）马氏体组织的强度、塑性和韧性、基于马氏体强韧化技术路径

上游充通大 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 1896 1920 1987 2006 Ob/GPa -0.30.7 铁素体组织 -0.81.2 w7.0 珠光体组织 超大应变形变 w0.5 1.6 贝氏体组织 -0.6 4.4 马氏体组织 碳钢低合金钢二次硬化翻马氏体时效钢 TRIP钢 形变热处理绢 实验室获得各种组织的强度[Prof.Jiang JQ,SEU]

1896 1920 1987 2006 实验室获得各种组织的强度[Prof. Jiang JQ, SEU]

上游充通大 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 1896 1920 1987 2006 马氏体组织与材料的强韧化 1.马氏体与马氏体相变 2.马氏体组织的形态 3.马氏体组织的强度、塑性和韧性 4.基于马氏体强韧化技术路径 AO TONG UNI 徐祖耀着.马氏体相变与马氏体.北京：科学出版社，1999 俞德刷，谈育煦编著钢的组织强度学：组织与强度学.上海：科学技术出版社，1983. 戴起勋主编.金属组织控制原理.北京：化学工业出版社，2009

1896 1920 1987 2006 马氏体组织与材料的强韧化 1.马氏体与马氏体相变 2.马氏体组织的形态 3.马氏体组织的强度、塑性和韧性 4.基于马氏体强韧化技术路径 徐祖耀著.马氏体相变与马氏体. 北京：科学出版社, 1999. 俞德刚,谈育煦编著.钢的组织强度学：组织与强度学. 上海：科学技术出版社, 1983. 戴起勋主编. 金属组织控制原理. 北京：化学工业出版社，2009

3.马氏体组织的强度、塑性和韧性 ③ 3.1马氏体组织的强度 决定马氏体强度的因素： []马氏体形态及尺寸： [2]晶体缺陷或亚结构：位错，享晶； [3]奥氏体晶粒尺寸； [4]固溶强化效应； [5]热处理工艺：回火等

3.马氏体组织的强度、塑性和韧性 3.1 马氏体组织的强度 决定马氏体强度的因素： [1]马氏体形态及尺寸： [2] 晶体缺陷或亚结构：位错，孪晶； [3]奥氏体晶粒尺寸； [4]固溶强化效应； [5]热处理工艺：回火等

3.马氏体组织的强度、塑性和韧性 [1]马氏体形态及尺寸 板条马氏体 一板条马氏体的宽度对材料屈服强度的影响同样特合 Hall-Petch关条，即屈服强度与马氏体枚条束宽度d的- 1/2次方成直线关条。 一 板条束宽度的作用和一般晶界（铁素体、奥氏体晶界） 的作用完全相同。 强化机制：属于位错强化

3.马氏体组织的强度、塑性和韧性 — 板条马氏体的宽度对材料屈服强度的影响同样符合 Hall-Petch 关系，即屈服强度与马氏体板条束宽度d的- 1/2次方成直线关系。 — 板条束宽度的作用和一般晶界 (铁素体、奥氏体晶界) 的作用完全相同。 — 强化机制：属于位错强化。 板条马氏体 [1]马氏体形态及尺寸

3.马氏体组织的强度、塑性和韧性 ③ 片状马氏体 原奥氏体晶粒尺寸越细，马氏体片状晶的尺寸 越小。 一片状马氏体晶内部的亚结构是享晶，这是使马 氏体强度增如的重要原因。 一细化片状马氏体的主要目的是为了综合提高材 料的强韧性

3.马氏体组织的强度、塑性和韧性 — 原奥氏体晶粒尺寸越细，马氏体片状晶的尺寸 越小。 — 片状马氏体晶内部的亚结构是孪晶，这是使马 氏体强度增加的重要原因。 — 细化片状马氏体的主要目的是为了综合提高材 料的强韧性。 片状马氏体

3.马氏体组织的强度、塑性和韧性 ⑧ 800 6000一 合全成份-Ni 0%残余奥氏体 马氏体形态 400 200 条状马氏体 !片状 力学性能 1马氏体 0 8 12 16 20 24 28 32 (%) 图3-94Fe-Ni马氏体的强度

3.马氏体组织的强度、塑性和韧性 合金成份-Ni 马氏体形态 力学性能 图3-94 Fe-Ni马氏体的强度

3.马氏体组织的强度、塑性和韧性 ③ 4200 0 立方透镜状马氏体 3500 立方条状氏体 合全成份-C SAM)(G移1000测实系 2800 马氏体形态 Fe-NiC(时效) 2100 正方透镜状马氏休 140 FeNi-C(未时效) 力学性能 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 C(%) 图3-95 不同结构马氏体强度的比较

3.马氏体组织的强度、塑性和韧性 合金成份-C 马氏体形态 力学性能

3.马氏体组织的强度、塑性和韧性 ⑧ 1400 1200叶 10 马氏体尺寸 100 003 效应(4K) % 600 力学性能 400 3 4 8 d(mm) 图3-97Fe-25a/cNi合金马氏体的领城大小（直径d)对a1.0,oa.2 及开始产生李生应力r之间的关系（试验温度：4K)

3.马氏体组织的强度、塑性和韧性 马氏体尺寸 效应(4K) 力学性能

3.马氏体组织的强度、塑性和韧性 [2]晶体缺陷及亚结构-位错 马氏体强度与位错密度之间存在定量关系。 14 1 I Bailey-Hirsch.会式： 77K T1=t十0bpV2; 马氏体屈服强度与位错密度的 0.060 0.040 1/2次方成线性关系： 6 o 250K 40.010 1=01+B.u.b.pi2; 4 0.01C950℃淬水 含碳量为0.01~0.1%的低碳钢，l 铁素货。10%变形 0.01C950℃淬水 快速冷却(3~5×104°C/秒)可 0.01C7500快冷 得到板条马氏体。 10 203040 位错密度p+×10(m-) 图 马氏体屈服强度与位错密度之 间的关系

[2] 晶体缺陷及亚结构-位错 Bailey-Hirsch公式： l=i+b1/2; 马氏体屈服强度与位错密度的 1/2次方成线性关系： l=i+ b 1/2; 含碳量为0.01~0.1%的低碳钢， 快速冷却(3~5104 C/秒）可 得到板条马氏体。 马氏体强度与位错密度之间存在定量关系。 图 马氏体屈服强度与位错密度之 间的关系 3.马氏体组织的强度、塑性和韧性

3.马氏体组织的强度、塑性和韧性 [2]晶体缺陷及亚结构-李晶 享晶和层错在马氏体中 受1Iw 都能起到强化作用。 (1IW)w基体 一 强化机制：滑移位错通 合m51x 过享晶或层错时能使滑移 受r: 路线曲折成Z字形，引起 (1I0)r 139° 变形应力增如加。如图所示： 孪晶 2a111r C112]M,r 一理论计算和实验测定在 高線钢中有李晶亚结构时， (1I0)x基体 受I]k 位错运动所需的应力是无 享晶时的1.05~1.30倍。 图 马氏体中位错通过享晶时产生的 位错反应

3.马氏体组织的强度、塑性和韧性 —孪晶和层错在马氏体中 都能起到强化作用。 —强化机制：滑移位错通 过孪晶或层错时能使滑移 路线曲折成Z字形，引起 变形应力增加。如图所示： —理论计算和实验测定在 高镍钢中有孪晶亚结构时， 位错运动所需的应力是无 孪晶时的1.05~1.30倍。 [2]晶体缺陷及亚结构-孪晶 图 马氏体中位错通过孪晶时产生的 位错反应