12～14310-6,18310-4mm/(mm2℃)。
相变时，比容的增大是造成组织应力的根本原因。 （2）马氏体具有铁磁性
奥氏体不具有铁磁性，而马氏体具有铁磁性。钢在淬火后，矫顽力升高，导磁率下降。马氏体含碳量愈高，矫顽力愈高。从而可用磁性法来研究马氏体的转变量及残留奥氏体量。 （3）电阻
马氏体的电阻远高于珠光体的电阻， 与奥氏体的电阻相近。且马氏体含碳量 越高，电阻越大。
六、马氏体的应用
生产上应用淬火操作来强化钢材，已 是十分普及的生产工艺。有关内容将在热
处理工艺中介绍。本节将结合马氏体相变的规律，简述马氏体的几项近代应用，以加深对有关内容的了解。 1．形变热处理
形变热处理是将钢在奥氏体状态下施行形变（即加工），再进行淬火回火的一种热处理工艺。
形变热处理是五十年代开始研制的一种热处理新工艺，国内外对许多钢种，包括结构钢、工具钢、耐热钢等，施加形变热处理，均得到较好的效果。本节拟以中碳铬钼镍硅钢（0.45C、3.90%Cr、1.44%Ni、0.52%Mo、0.76%Mn、1.40Si、0.028～0.02%P）为例，说明几种形变热处理对马氏体形态的改变及其对性能的影响，同时阐明钢的形变热处理强化的基本原因。 （1）形变热处理分类
形变热处理按奥氏体加工温度的不同，可分为下列三大类：
高温形变热处理：形变在奥氏体的稳定温度范围（>Acm）内进行。（如曲线2）
中温形变热处理：形变在奥氏体Ms 的亚稳温度范围（Me
1 2 3 τ/s T A Ac C% 淬火态 电阻退火态 工。（如图中曲线3）
（2）形变热处理后钢的性能特点
和一般热处理比较，形变热处理能使钢的强度有显著的提高，而塑性及韧性并不低，见下表：
钢经不同处理并经200℃回火2小时后的性质 处理工艺 22维氏硬度 ?b (kg/mm) ?s(kg/mm) ?% 不形变，在550℃时效60min，淬654 火 中温形变60%，在550℃时效60min，淬火 高温形变60%，在550℃时效60min，淬火 混合形变各60%，在550℃时效60min，淬火 733 715 726 218 261 245 265 177 221 208 224 11 10 10.5 10 形变热处理后，钢的强度主要取决于形变温度和形变量（淬火条件一致时）。
下图示该钢经中温形变热处理时，形变量对力学性能的影响。由图可见，随着形变量的增加，强度升高，至60%处，强度达极大值，而延伸率比经一般热处理只下降3%。
上表表示经不同形变热处理（形变量均为60%）后，力学性能的差异。由表可见，混合形变热处理后，强度最高；中温形变热处理次之；高温形变热处理再次之；然而比一般热处理后的强度均有所提高，而延伸率则有所下降。
（3）形变热处理的强化机制
碳的钉扎位错以及碳化物的弥散析出是钢经形变热处理强化的基本原因。具体分析如下：
高温形变热处理只使强度略为提高，是由于钢经热加工后，钢中的位错密度并不增加，只是细化了奥氏体晶粒，从而细化了马氏体，使强度略为提高。电镜观察表明，孪晶马氏体的数量并未减少，从而其断口并未能达到韧性，只与一般热处理的断口相似。
钢经中温形变使奥氏体内具有较高的位错密
度，使相变后的马氏体内也具有了较高的位错密度，从而强化了马氏体；形变使晶粒细化，从而进一步强化；奥氏体在亚稳区经形变使碳化物析出，电镜观察到了Cr23C6粒子的沉淀，它一方面因弥散分布在强化了的基体上，且沿位错析出，对位错具钉扎作用，从而钢又一次得到强化；另一方面，碳化物粒子的析出，使奥氏体内含碳及合金元素量下降，从而Ms点升高，使淬火后孪晶马氏体量大为减少，对钢的韧性作出有益的贡献。电镜观察表明，经中温形变热处理的断口主要为韧性断口。
钢经混合形变热处理后，强度最高，韧性最好。这是由于经形变后再经中温形变不但使晶粒进一步细化，并使碳化物的析出量更多，孪晶马氏体量进一步减少，从而既提高了强度，又进一步改善了断口组织。
从以上分析可知，若分析形变热处理的强化因素，只需抓住位错密度强化、碳的钉扎位错及碳化物的弥散析出几个环节就行了；而分析韧性时，只需抓住孪晶马氏体的量这个环节就行了。 （4）形变热处理应用的局限性
选用钢种的C曲线必须具有右图所示的形状，即钢在500℃附近须有一段较长的孕育期可以进行温加工而不发生珠光体或贝氏体相变。可见，形变热处理钢往往含多种合金元素。普通碳钢一般不能施行中温形变热处理。
由于大的工件在短时间内不能达到大的形变量（～６０％），而焊接件又不能施加形变，从而它们都不能施行形变热处理。 2．低碳马氏体的应用
确切地讲，应是板条状马氏体的应用，由于生产实践中已习惯于该名称，本文亦延用之。
（1）低碳马氏体的性能特点
低碳马氏体具有相当高的强度（?s～100-130kg/mm2，?b～120-160kg/mm2）,很好的塑性（??10%,??40%）和韧性（ak?6kgm/mm），以及良好的冷加工性、可焊性及热处理变形小等优良性能。 （2）低碳马氏体的应用途径 ① 以低碳低合金钢代替调质钢
由于低碳钢的淬透性极差，如0.25C钢，必须小于８mm，才能经盐水淬火后在心部得到90%马氏体；而20Cr，小于15mm；18CrMnTi，则小于18mm；因此，一般以低碳合金钢淬火得到低碳马氏体加以应用。 ② 汽车某重要螺栓，原来选用40Cr调质后使用，现
改用15MnVB钢经880℃油淬及200℃回火后使用，性能更为优越，强韧性均有所提高，螺栓的最大拉力由8000kg提高到13000kg疲劳性能两者相同。中碳合金
2钢的高温淬火
结构钢的淬火组织希望得到全部为板条状马氏体，以保证高的韧性，对高碳钢需要韧性的，亦倾向于降低碳含量或尽量降低淬火温度来减少孪晶马氏体，借以提高韧性。
4340钢（0.4%C-0.7%Cr-1.5%Ni-0.2%Mo）先经1200℃加热再从870℃淬油以代替870℃淬油，使马氏体完全呈条状，条间存在一薄层残留奥氏体（10～20nm）。当?s均为160kg/mm2时，断裂韧性由35MN/m3/2提高到67.2 MN/m3/2。
40Mo2钢经1200℃淬火（Ms～332℃）得到全部板条状马氏体，在
?b~160kg/mm2时，断裂韧性为100 MN/m，大大优于4340钢，而接近18Ni
3/2
马氏体时效钢（115 MN/m3/2）。
必须指出的是，中碳合金钢的高温淬火固然可以减少孪晶马氏体量，提高材料的断裂韧性，并使脆性元素在晶界上的便聚受到抑制；然而，高温淬火却使晶粒粗化，使脆性转折温度升高，从而室温冲击值降低。可见该工艺的选用，须根据工件的使用条件，权衡各方面的性能以后才能应用。 3．马氏体时效钢 （1）成分分析
马氏体时效钢内含有极低的碳，相当数量的镍和适量的钼钛和钴。由于钢中含有相当数量的Ｎi和极低量的碳，使淬火后的马氏体保持为板条状，具有高的韧性。Mo和Ti，则可与Ni形成NiMo和NiTi化合物，当它们时效时呈弥散析出，产生弥散强化，使钢的强度提高，加入Co，则可减少Mo在马氏体内的溶解度，促使Ni、Mo析出。此外，Mo还可减少钢的回火脆性。可见，这种钢是依靠时效强化的钢，其化学成分如下表所示：
标准化学成分（w%） 钢 种 Ni Co Mo Ti Al C 力学性能 冲击值?s(kg/mm2) (kg/cm2) 18Ni200 18 18Ni250 18 18Ni350 18 （2）性能特点
8.5 3.2 0.2 0.1 0.02 140 8.0 4.8 0.4 0.1 0.02 175 12 4 1.5 0.1 0.02 250 5-10 2.6-5 2.6-5 2.1 18Ni300 18.5 8.75 5.0 0.6 0.1 0.02 210 这类钢在时效前的强度一般为70kg/mm2，以便于切削加工，时效使强度增加70～140 kg/mm2，其断裂韧性比一般超高强度钢高一倍
以上，且热处理后不会变形。其典型的热处理工艺如右图所示： （3）使用范围
该钢种可用于飞船壳体、飞机起落架部件、扭力传动轴、工模具及化工系统、高压系统。 （4）残留问题
① 不能避免应力腐蚀和氢脆
② 少量ZrN、TiS粒子的存在，及钢中含锰，均使断裂韧性值下降 ③ 减少残留奥氏体含量，以提高强度 4．相变塑性钢（TRIP）
相变塑性钢是一种超高强度不锈钢。它综合利用了马氏体相变时产生的塑性，及形变热处理提供的强化而发展成的兼具高强度（?s~150kg/mm2）和良好塑性的结构钢。
两种相变塑性钢的成分
编 号 A1 A2
相变塑性钢经处理后的力学性能
试验钢的 形 变 号 编号 % 1 2 3
这种钢的Ms点在-196℃以下，由于形变使Ms（及Md）点升高，同时使碳化物弥散析出并增加位错密度，经冷却后得到部分马氏体，在经拉力下试验时，一方面由于马氏体的较高加工硬化率。另一方面由于相变塑性，使应变增加，从而缩颈开始较晚。所以，这类钢比0.4C镍铬钼钢具有较大的强度和塑性。而且在相同强度水平下，其断裂韧性可望高于马氏体时效钢（见下图） 相变塑性亦存在氢脆，不能用于大件和焊接件
A1 A1 A2 80 80 20 ℃ 冷却温二次形度 变 回火 ?s 化 学 成分（%） Cr 8.89 8.88 Ni 3.80 7.60 Mo 2.02 4.04 Mn 1.92 2.08 Si 0.31 1.96 C 0.25 ?b ? （℃） % ℃ ℃ min kg/mm2 kg/mm2 % 450 -196 15 20 120 30 155 175 41 450 -196 15 20 120 30 205 205 26 450 -196 15 20 120 30 85 118 81