CH6.1 概述、鋼中馬氏體晶體結(jié)構(gòu)PPT(10級)

1、授課 朱世杰12022-7-4授課 朱世杰22022-7-41.1.馬氏體的定義、馬氏體轉(zhuǎn)變的含義馬氏體的定義、馬氏體轉(zhuǎn)變的含義2.2.馬氏體馬氏體(M)(M)相變的主要特征相變的主要特征3.3.馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)4.4.馬氏體的組織形態(tài)馬氏體的組織形態(tài)5.5.馬氏體轉(zhuǎn)變的熱力學馬氏體轉(zhuǎn)變的熱力學6.6.馬氏體轉(zhuǎn)變動力學馬氏體轉(zhuǎn)變動力學7.7.馬氏體轉(zhuǎn)變機制馬氏體轉(zhuǎn)變機制8.8.馬氏體的性能馬氏體的性能9.9.馬氏體轉(zhuǎn)變的應用馬氏體轉(zhuǎn)變的應用授課 朱世杰32022-7-4基本要求：基本要求：1. 1. 馬氏體的定義、馬氏體轉(zhuǎn)變的含義、馬氏體的定義、馬氏體轉(zhuǎn)變的含義、2. 2. 馬

2、氏體馬氏體(M)(M)相變的五個主要特征的內(nèi)容相變的五個主要特征的內(nèi)容3. 3. 馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)的類型、正方度馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)的類型、正方度4. 4. 馬氏體的兩種基本形態(tài)是板條馬氏體和片狀馬氏體；影響馬氏體形態(tài)馬氏體的兩種基本形態(tài)是板條馬氏體和片狀馬氏體；影響馬氏體形態(tài)及其內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)的因素及其內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)的因素5. 5. 馬氏體轉(zhuǎn)變的熱力學條件、驅(qū)動力、馬氏體轉(zhuǎn)變的熱力學條件、驅(qū)動力、T T0 0、M MS S的物理意義、的物理意義、MsMs點很低的點很低的原因、馬氏體的形成條件、影響鋼的原因、馬氏體的形成條件、影響鋼的M MS S點因素點因素6. 6. 馬氏體轉(zhuǎn)變動力學主要有四種方式，各種

3、方式的特征。馬氏體轉(zhuǎn)變動力學主要有四種方式，各種方式的特征。7. 7. 馬氏體轉(zhuǎn)變機制：形核理論、三種切變模型馬氏體轉(zhuǎn)變機制：形核理論、三種切變模型( (本部分作一般了解本部分作一般了解) )8. 8. 馬氏體的性能：力學性能的顯著特點、馬氏體高硬度馬氏體的性能：力學性能的顯著特點、馬氏體高硬度( (高強度高強度) )的本質(zhì)、的本質(zhì)、強度和韌性與含碳量及亞結(jié)構(gòu)的關(guān)系；超塑性、高碳馬氏體的顯微裂強度和韌性與含碳量及亞結(jié)構(gòu)的關(guān)系；超塑性、高碳馬氏體的顯微裂紋紋9. 9. 奧氏體穩(wěn)定化：熱穩(wěn)定化和機械穩(wěn)定化奧氏體穩(wěn)定化：熱穩(wěn)定化和機械穩(wěn)定化10. 10. 馬氏體轉(zhuǎn)變的應用馬氏體轉(zhuǎn)變的應用( (本部分

4、作一般了解本部分作一般了解) ) 授課 朱世杰42022-7-4“”公元前公元前9191年年) )“( (窄長有短把的刀窄長有短把的刀) )，”( (吳國一對鐵匠夫婦吳國一對鐵匠夫婦),),也是古代鋒利的寶劍的代稱。也是古代鋒利的寶劍的代稱。載三國時蜀人蒲元對他的載三國時蜀人蒲元對他的“神刀神刀”淬火用水的選擇。淬火用水的選擇?！?。” ” 第四十一第四十一) )，載東魏、北齊間，載東魏、北齊間(534(534577)577)的綦母懷文在的綦母懷文在“宿鐵刀宿鐵刀”淬火時淬火時“”。可見當時已采用含?？梢姰敃r已采用含鹽的水和油作為具有不同冷卻速度的液冷介質(zhì)。鹽的水和油作為具有不同冷卻速度的液冷介

5、質(zhì)。明代宋應星的明代宋應星的中對制中對制的記載：的記載：“以已健劃成縱斜文理，劃以已健劃成縱斜文理，劃時斜向入，則方成焰。時斜向入，則方成焰。”其中其中“退微冷退微冷”，就是預冷淬火工藝。就是預冷淬火工藝。 當相同成分的鋼以很快的速度冷卻當相同成分的鋼以很快的速度冷卻( (比如在水中冷卻比如在水中冷卻) )到室溫或更低溫到室溫或更低溫度時度時( (稱這種冷卻為稱這種冷卻為) )。 授課 朱世杰52022-7-4 指鋼從奧氏體狀態(tài)快速冷卻指鋼從奧氏體狀態(tài)快速冷卻( (即即) )而發(fā)生的無擴散型相而發(fā)生的無擴散型相變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為馬氏體。變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為馬氏體。 是替換原子經(jīng)無擴散位移是替換原子經(jīng)無擴

6、散位移( (均勻和不均勻形變均勻和不均勻形變) )、由此產(chǎn)生、由此產(chǎn)生形狀改變和表面浮突、呈不變平面應變特征的一級、形核長形狀改變和表面浮突、呈不變平面應變特征的一級、形核長大型的相變。大型的相變。授課 朱世杰62022-7-4授課 朱世杰72022-7-4： 馬氏體馬氏體是碳溶于是碳溶于-Fe-Fe中的過飽和間隙式固溶體；中的過飽和間隙式固溶體； 馬氏體馬氏體是在冷卻過程中所發(fā)生的基本特征屬于馬氏體型轉(zhuǎn)是在冷卻過程中所發(fā)生的基本特征屬于馬氏體型轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。母相無擴散地、以慣習面為不變平面的切變變的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。母相無擴散地、以慣習面為不變平面的切變共格的相變產(chǎn)物，統(tǒng)稱為共格的相變產(chǎn)物，統(tǒng)稱為

7、馬氏體馬氏體。 原子經(jīng)無擴散切變的不變平面應變的晶格改組，得到的與原子經(jīng)無擴散切變的不變平面應變的晶格改組，得到的與母相具有嚴格晶體學關(guān)系和慣習面的含有高密度位錯、層錯母相具有嚴格晶體學關(guān)系和慣習面的含有高密度位錯、層錯或?qū)\晶等晶體缺陷的組織稱為或?qū)\晶等晶體缺陷的組織稱為馬氏體。馬氏體。授課 朱世杰82022-7-4 馬氏體具有正方點陣結(jié)構(gòu)，記為馬氏體具有正方點陣結(jié)構(gòu)，記為M或或。馬氏體轉(zhuǎn)變時，面心立方的馬氏體轉(zhuǎn)變時，面心立方的奧氏體通過切變轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方的奧氏體通過切變轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方的-Fe，此時碳原子仍停留在六個鐵原子此時碳原子仍停留在六個鐵原子所組成的八面體中心所組成的八面體中心。碳原子

8、位于面碳原子位于面心或棱邊中心，即扁八面體的中心，心或棱邊中心，即扁八面體的中心，碳原子溶入后，會使短軸碳原子溶入后，會使短軸(c軸軸)伸長，伸長，長軸長軸(a軸軸)縮短，晶體結(jié)構(gòu)為體心正方?？s短，晶體結(jié)構(gòu)為體心正方。其其軸比軸比c/a不再等于不再等于1，稱為，稱為馬氏體的馬氏體的正方度正方度 。授課 朱世杰92022-7-4馬氏體的晶胞模型馬氏體的晶胞模型(a)(a)碳原子在馬氏體的晶胞中可能存在的位置碳原子在馬氏體的晶胞中可能存在的位置(b)(b)碳原子在馬氏體的晶胞中一組扁八面體間隙位置可能存在的情況碳原子在馬氏體的晶胞中一組扁八面體間隙位置可能存在的情況(c)(c)碳原子在馬氏體的晶胞

9、中一組扁八面體間隙位置未填滿的情況碳原子在馬氏體的晶胞中一組扁八面體間隙位置未填滿的情況授課 朱世杰102022-7-4，含碳量愈高，正方，含碳量愈高，正方度愈大，即：度愈大，即： 碳碳含量對含量對c，a的影響的影響 c=0+ a=0+ c/a =1+ 式中：式中：00.2861nm (-Fe點點陣參數(shù)陣參數(shù))； =0.1160.002； =0.0460.001； =0.0130.002； 馬氏體碳含量馬氏體碳含量(重量重量%)。授課 朱世杰112022-7-4 有些鋼的馬氏體的正方度遠偏離式有些鋼的馬氏體的正方度遠偏離式(6-3)的數(shù)值，稱為的數(shù)值，稱為異常異常正方度正方度 在高碳鋁鋼（在高

10、碳鋁鋼（1.5%C1.5%C，7%Al7%Al）和高鎳鋼（）和高鎳鋼（1.0%C1.0%C，19%Ni19%Ni）中）中新淬火馬氏體，測試其正方度要高于式新淬火馬氏體，測試其正方度要高于式(6-3)(6-3)給出的數(shù)值，稱為給出的數(shù)值，稱為異常高正方度異常高正方度；當溫度回升到室溫時，；當溫度回升到室溫時，正方度下降。正方度下降。MsMs點低于點低于0 0的錳鋼（的錳鋼（0.6%-0.8%C,6%-7%Mn0.6%-0.8%C,6%-7%Mn）制成奧氏體單晶，淬入液氮）制成奧氏體單晶，淬入液氮，測試其在液氮溫度下的正方度要低于式測試其在液氮溫度下的正方度要低于式(6-3)(6-3)給出的數(shù)值，

11、稱為給出的數(shù)值，稱為異常低正方度異常低正方度。 當碳含量小于當碳含量小于0.2%時，碳原子偏聚于馬氏體的位錯線或是時，碳原子偏聚于馬氏體的位錯線或是均勻地分布在均勻地分布在X、Y和和Z三個位置上，即處于完全無序狀態(tài)。碳三個位置上，即處于完全無序狀態(tài)。碳原子的存在雖然引起點陣常數(shù)的增加，但不會改變正方度。原子的存在雖然引起點陣常數(shù)的增加，但不會改變正方度。 合金元素對馬氏體的正方度影響不大。合金元素對馬氏體的正方度影響不大。授課 朱世杰122022-7-4 馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)類型有兩種：馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)類型有兩種： 體心立方結(jié)構(gòu)體心立方結(jié)構(gòu)(WC0.2%) 奧氏體具有面心立方點陣，溶入的碳原子位于

12、鐵原子所組成奧氏體具有面心立方點陣，溶入的碳原子位于鐵原子所組成的正八面體中心的正八面體中心。授課 朱世杰132022-7-4 馬氏體轉(zhuǎn)變時馬氏體與奧氏體存在著嚴格的晶體學關(guān)系：馬氏體轉(zhuǎn)變時馬氏體與奧氏體存在著嚴格的晶體學關(guān)系：位向關(guān)系和慣習面位向關(guān)系和慣習面 相變時，整體相互移動一段距離，相鄰原子的相對位置相變時，整體相互移動一段距離，相鄰原子的相對位置無變化。作小于一個原子間距位置的位移，因此無變化。作小于一個原子間距位置的位移，因此奧氏體與馬氏奧氏體與馬氏體保持一定的嚴格的晶體學位向關(guān)系。體保持一定的嚴格的晶體學位向關(guān)系。 位向關(guān)系有位向關(guān)系有：(1) K-S關(guān)系關(guān)系 (2) 西山西山(

13、N)關(guān)系關(guān)系 (3) G-T關(guān)系關(guān)系 (4) K-V-N關(guān)系關(guān)系授課 朱世杰142022-7-4 1930年，庫爾鳩莫夫與年，庫爾鳩莫夫與Sachs在在1.4%碳的碳鋼中發(fā)現(xiàn)，馬氏體與奧氏碳的碳鋼中發(fā)現(xiàn)，馬氏體與奧氏體有下述關(guān)系：體有下述關(guān)系： 110M /111， M / 右圖為鋼中馬氏體在不同的右圖為鋼中馬氏體在不同的(111)晶面晶面上形成時可能有六種不同上形成時可能有六種不同K-S關(guān)系。關(guān)系。授課 朱世杰152022-7-4 1934年，西山在鐵鎳合金中發(fā)現(xiàn)，年，西山在鐵鎳合金中發(fā)現(xiàn)，在室溫以上形成的馬氏體與奧氏體之間在室溫以上形成的馬氏體與奧氏體之間存在存在K-S關(guān)系，而在關(guān)系，而在

14、-70以下形成的馬以下形成的馬氏體與奧氏體呈下列關(guān)系：氏體與奧氏體呈下列關(guān)系： 西山關(guān)系與西山關(guān)系與K-S關(guān)系相比，晶面關(guān)系相關(guān)系相比，晶面關(guān)系相同，晶向關(guān)系相差同，晶向關(guān)系相差516。授課 朱世杰162022-7-4 1994 1994年，年，GrenigenGrenigen與與TroianoTroiano 在在Fe-Fe-Ni-CNi-C合金中發(fā)現(xiàn)，馬氏體與奧氏體的位向合金中發(fā)現(xiàn)，馬氏體與奧氏體的位向接近接近K-SK-S關(guān)系，但略有偏差，其中晶面差關(guān)系，但略有偏差，其中晶面差1 1度，晶向差度，晶向差2 2，稱為，稱為。 110 110M M /111 /111差差1 1， M M /差差2 2 授課 朱世杰172022-7-4 慣習面即馬氏體轉(zhuǎn)變的不變平面，馬氏體即在此平面上形慣習面即馬氏體轉(zhuǎn)變的不變平面，馬氏體即在此平面上形成。慣習面總是平行或接近奧氏體的某一晶面，并隨奧氏體中成。慣習面總是平行或接近奧氏體的某一晶面，并隨奧氏體中含碳量及馬氏體形成溫度而變化。含碳量及馬氏體形成溫度而變化。 當當WC 0.6%時，慣習面為時，慣習面為111； 當當WC=