残留奥氏体和回火马氏体组织制备知识点

近年来应用残留奥氏体作为塑性第二相来改善钢的强韧性日益为人们重视。如将Fe-Ni12%-Ti0.25%钢经晶粒超细化处理后淬火并在525～575℃回火，可以在板条马氏体束之间保留一定数量条状残留奥氏体，可以改善这类低温用钢的低温韧性。一定数量的残留奥氏体可以改善轴承钢及渗碳、碳氮共渗钢的接触疲劳强度。在马氏体时效钢中存在一定数量的残留奥氏体可提高断裂韧性。所以残留奥氏体的有益功能正在被广泛应用。但是在不同的钢材中，奥氏体的形成条件及其形态，最佳存在数量、分布，以及基体的组织状态不同，所呈现的性能都不一样。残留奥氏体对钢的强韧性影响及其机理还有待深入研究，但残留奥氏体可以阻碍裂纹前沿的扩展，使裂纹前沿应力松弛，以及一定的应力水平又可能诱发马氏体相变使裂纹前沿强化，这是提高钢材强韧性的重要原因。

在一般情况下，由马氏体淬火转变的不完全性可知，钢件经淬火之后，都有一定数量的奥氏体未发生转变，成为残留奥氏体。残留奥氏体本质上也是奥氏体，只是在发生马氏体转变时受应力的作用，可能因少许发生变形和引起点阵畸变而稍稍强化，因此，残留奥氏体具有低强度、高塑性的特性。奥氏体中碳及合金元素（除Co外）增高、奥氏体晶粒细小、淬火冷却速度较小、在Ms点以下停留以及回火温度较低、保持时间较长等，都会增加残留奥氏体数量。控制这些因素，就可以控制钢中的残留奥氏体数量。

一般情况下在马氏体脆性较小强度较高的钢中，残留奥氏体的出现能够降低钢的强度、提高韧性；但在模具钢这样的较高碳量的残留奥氏体与高硬度、脆性较大的马氏体共存时，钢的强度和韧性都得到提高。

当然，不同钢中不同含量和分布的残留奥氏体对性能的影响是复杂的，若控制热处理使残留奥氏体在板条状马氏体板条束之间或片状马氏体晶粒周围，呈稳定薄膜状态对提高材料的韧性大有好处。如图6-5所示，由于残留奥氏体的存在可以阻止裂纹在马氏体之间扩展，裂纹的扩展沿脆性的马氏体晶粒进行（见图6-5a），裂纹每进入另一方向的马氏体应力将降低一次。若裂纹穿过马氏体也穿过残留奥氏体直线扩展（见图6-5b）裂纹尖端进入残留奥氏体时，因残留奥氏体发生往复塑性变形而使应力松弛。

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图6-5 马氏体与残留奥氏体混合组织中裂纹扩展途径示意图

研究发现，热处理后的超高强度钢中含有一定数量奥氏体时，可以提高钢的断裂韧性。对于低碳Cr-Mo-Co-V超高强度钢，用不同的奥氏体化温度（从929℃到1149℃）进行淬火，可以获得不同的残留奥氏体量。对于不同残留奥氏体量的试样，经不同温度回火后的断裂韧性，回火后的断裂韧性随淬火钢中的残留奥氏体量增多而提高。

但是当钢中残留奥氏体沿原奥氏体晶界呈块状或网状分布时，主要是在外力作用下，晶界上块状或网状残留奥氏体先发生大量塑性变形，降低了屈服强度和弯曲疲劳强度，将对钢的机械性能造成不利影响。发生大量塑性变形的残留奥氏体于马氏体的交界处，会产生过大的应力集中，产生早期裂纹沿晶界扩展。对残留奥氏体组织形态及形成量的控制，可以通过调节奥氏体固溶的碳及合金元素量，采用不同的加热冷却方式，调整回火规范等来实现。