組合螺釘中馬氏體的組織形態對沖擊韌度有重要的影響，馬氏體的組織形態有兩種：含有大量位錯的板條狀馬氏體和含有孿晶的片狀馬氏體，孿晶的出現使滑移系減少為原來的1/4，孿晶又能感生微裂紋，因此，片狀馬氏體的斷裂韌性較板條狀馬氏體的斷裂韌性低。如果能通過合金化（如降低碳含量等）、熱處理手段降低鋼中孿晶馬氏體量而增加位錯馬氏體量，則可提高組合螺釘的強韌性。無論是在熱處理中的正火、退火、淬火和回火工序，奧氏體實際晶粒小的鋼，最終性能均優于奧氏體實際晶粒大的組合螺釘。
根據生產實踐，組合螺釘的奧氏體實際晶粒度粗于1～4級，對螺釘的沖擊韌度（沖擊吸收能量KV、KU）值呈逐漸下降趨勢，嚴重影響螺釘的力學性能指標。隨著晶粒度級別的提高（晶粒度越細小），低溫沖擊吸收能量KV、KU越高。這是由于晶粒越細，晶粒越多，晶界就越多，裂紋擴展阻力就越大，沖擊吸收能量值就越高。
晶粒尺寸對材料屈服強度的影響已有定量的表達式。晶粒越細，屈強比越高，而且裂紋擴展時所消耗的能量也越多。細化晶粒是使材料強度和韌性同時提高的有效手段；對高強度組合螺釘原材料的實際晶粒度應控制在6～8級。
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