第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹

第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹M轉(zhuǎn)變的晶體學(xué)M的組織形態(tài)*M轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)*M轉(zhuǎn)變熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)*M轉(zhuǎn)變機(jī)制M的性能與影響因素*本章主要內(nèi)容第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹

馬氏體的形成溫度較低，使得碳原子難以擴(kuò)散，它是由過冷奧氏體按無擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變機(jī)制的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，馬氏體的含碳量與過冷奧氏體含碳量相等，晶格同于鐵素體的體心立方類似。體心立方晶格的鐵素體在室溫含約0.008%C，對(duì)共析鋼馬氏體的晶格內(nèi)含約0.77%C，為此導(dǎo)致體心立方晶格發(fā)生畸變，因此馬氏體是α-Fe的過飽和固溶體，用符號(hào)“M”表示。

馬氏體概述第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹M轉(zhuǎn)變是鋼件熱處理強(qiáng)化的主要手段，是通過淬火實(shí)現(xiàn)化學(xué)成分不同，性能有極大差異低碳鋼：M有較高強(qiáng)度和韌性高碳鋼：硬度很高，塑性韌性極低性能與組織形態(tài)有密切關(guān)系馬氏體概述第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹

當(dāng)奧氏體獲得極大過冷度冷至Ms以下(對(duì)于共析鋼為230℃以下)時(shí)，將轉(zhuǎn)變成馬氏體類型組織。馬氏體轉(zhuǎn)變屬于低溫轉(zhuǎn)變，這個(gè)轉(zhuǎn)變持續(xù)至馬氏體形成終了溫度Mf，Mf以下時(shí)過冷奧氏體停止轉(zhuǎn)變。5.1馬氏體的組織與性能第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹板條馬氏體鋼中馬氏體有兩種基本形態(tài)：板條馬氏體和片狀馬氏體

板條馬氏體馬氏體組織形態(tài)wc在0.25%以下時(shí)，基本上形成板條狀馬氏體（低碳馬氏體）鋼中馬氏體根據(jù)成分（含碳量）和冷卻條件呈現(xiàn)不同的形態(tài)第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹

相互平行的板條構(gòu)成板條束，一個(gè)奧氏體晶粒有幾個(gè)（3～5個(gè)）板條束

空間形態(tài)為扁條狀，每個(gè)板條為一個(gè)單晶，板條間有薄層殘余奧氏體

板條馬氏體內(nèi)有高密度的位錯(cuò)纏結(jié)的亞結(jié)構(gòu)，又稱為位錯(cuò)馬氏體馬氏體組織形態(tài)板條馬氏體金相組織照片馬氏體板條組織結(jié)構(gòu)示意圖第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹片狀馬氏體

片狀馬氏體

當(dāng)wc

>1.0%時(shí)，奧氏體幾乎只形成片狀馬氏體（針狀馬氏體）

空間形態(tài)為雙透鏡狀

光鏡下為竹葉狀或針狀馬氏體組織形態(tài)第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹片狀馬氏體內(nèi)部的亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶(孿晶馬氏體）片馬氏體中的孿晶

含碳量很高的片狀馬氏體可看到中脊面，中脊面是高密度的孿晶片馬氏體中的中脊馬氏體組織形態(tài)第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹

wc在0.25%～1.0%之間的奧氏體則形成上述兩種馬氏體的混合組織45鋼混合狀馬氏體

混合狀的馬氏體

含碳量越高，條狀馬氏體量越少而片狀馬氏體量越多馬氏體組織形態(tài)0.25%～1.0%混合狀的馬氏體wc>1.0%片狀馬氏體wc<0.25%板條馬氏體第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹影響馬氏體形態(tài)的因素馬氏體形態(tài)形成溫度

奧氏體的化學(xué)成分含碳量和合金元素>200℃板條馬氏體<200℃片狀馬氏體第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹

馬氏體的硬度和強(qiáng)度馬氏體的硬度主要取決于馬氏體的含碳量，通常情況是隨含碳量的增加而升高。馬氏體的性能1－完全淬火后深冷得到完全馬氏體2－Ac1～Accm之間淬火（不完全淬火）未溶的碳化物能提高耐磨性3－高于Ac3及Acm淬火（完全淬火）盡管馬氏體硬度增加，但隨碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，殘余奧氏體量增加，降低了淬火鋼硬度第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹馬氏體的性能高碳馬氏體具有很高的強(qiáng)度和脆性；低碳馬氏體既具有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，又有良好的韌性

馬氏體的硬度和強(qiáng)度馬氏體的高硬度和高強(qiáng)度來源于固溶強(qiáng)化、相變強(qiáng)化、時(shí)效強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化馬氏體的強(qiáng)度主要與原奧氏體晶粒大小、馬氏體板條束的大小有關(guān)第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹馬氏體的性能馬氏體的高硬度和高強(qiáng)度來源于固溶強(qiáng)化、相變強(qiáng)化、時(shí)效強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化高強(qiáng)度與硬度的本質(zhì)相變強(qiáng)化：不均勻切變產(chǎn)生大量缺陷（？）固溶強(qiáng)化：碳原子溶入形成過飽和固溶體時(shí)效強(qiáng)化(第二相彌散強(qiáng)化)：形成碳化物M形態(tài)和大?。簩\晶和位錯(cuò)（孿晶高于位錯(cuò)），原始A晶粒和M板條愈細(xì)，強(qiáng)度愈高。思考：為什么同為碳的固溶體，A中的固溶強(qiáng)化效果遠(yuǎn)低于M中的固溶效果？第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹馬氏體的塑性和韌性主要取決于碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)和它的亞結(jié)構(gòu)可以利用低碳合金鋼淬火后得到較多的殘余奧氏體來提高材料的塑韌性。

馬氏體的塑性和韌性馬氏體的性能C%＜0.4韌性較高C%＞，硬而脆馬氏體的韌性主要決定于它的亞結(jié)構(gòu)位錯(cuò)型（板條）M具有相當(dāng)高的強(qiáng)度、硬度和良好的塑性韌性；孿晶型（片狀）M強(qiáng)度硬度高，塑性、韌性很低第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹

馬氏體轉(zhuǎn)變超塑性馬氏體的性能

馬氏體的物理性能鋼的各種組織中，馬氏體比容最大，奧氏體最小這是淬火時(shí)產(chǎn)生淬火應(yīng)力，導(dǎo)致變形應(yīng)力的主要原因相變塑性：低于母相屈服強(qiáng)度下發(fā)生塑性變形在Ｍ開始轉(zhuǎn)變點(diǎn)Ｍs以上加應(yīng)力，隨應(yīng)力增加，塑性增大

高碳馬氏體顯微裂紋馬氏體高速形成時(shí)撞擊而成高碳鋼易開裂的原因第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹5.2馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特征（1）馬氏體轉(zhuǎn)變的非恒溫性

馬氏體體積分?jǐn)?shù)的增加靠不斷產(chǎn)生新馬氏體片，而不是原有馬氏體的長(zhǎng)大在任一過冷度下，轉(zhuǎn)變量是有限的，生長(zhǎng)速度是極快的

轉(zhuǎn)變量取決于冷卻到達(dá)的溫度，與在某溫度的停留時(shí)間無關(guān)馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，新相和母相的點(diǎn)陣間保持共格關(guān)系，相界面上的原子既屬于馬氏體又屬于奧氏體。這種界面稱為“切變共格”界面—第二類共格界面轉(zhuǎn)變以切變的方式完成晶格重構(gòu)表面浮凸表面浮凸（2）表面浮凸現(xiàn)象和共格性

第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹（4）共格關(guān)系和慣習(xí)現(xiàn)象晶體學(xué)特點(diǎn)

共格關(guān)系

慣習(xí)現(xiàn)象K-S關(guān)系{110)}M//{111}γ[111]M//[110]γ西山關(guān)系(N關(guān)系){110)}M//{111}γ[111]M//[211]γG-T關(guān)系Mγ新相和母相之間保持切變共格性

慣習(xí)面{111}γ

[225]γ[259]γ馬氏體形成溫度降低5.2馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特征（3）無擴(kuò)散性晶體學(xué)特點(diǎn)馬氏體形成極快，遠(yuǎn)超過原子擴(kuò)散速度，故為無擴(kuò)散型切變。馬氏體與奧氏體成分相同第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹5.2馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特征（5）馬氏體轉(zhuǎn)變的可逆性馬氏體加熱時(shí)，進(jìn)行無擴(kuò)散的逆轉(zhuǎn)變馬氏體的逆轉(zhuǎn)變（6）轉(zhuǎn)變不完全

有殘余（留）奧氏體動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)

奧氏體的穩(wěn)定化（p142）奧氏體的機(jī)械穩(wěn)定化機(jī)械強(qiáng)化作用使奧氏體穩(wěn)定化的現(xiàn)象稱為奧氏體的熱穩(wěn)定化奧氏體冷卻過程中，某一溫度停留引起奧氏體穩(wěn)定性提高，使馬氏體轉(zhuǎn)變遲滯的現(xiàn)象稱為在奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的過程中，種種原因引起奧氏體的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、化學(xué)成分發(fā)生變化使奧氏體的穩(wěn)定性增加第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹奧氏體的穩(wěn)定化熱穩(wěn)定化機(jī)制C、N原子在等溫停留過程中進(jìn)入位錯(cuò)形成Cottrell氣團(tuán)，阻礙M轉(zhuǎn)變進(jìn)行，引起A熱穩(wěn)定化。--柯俊提出的觀點(diǎn)機(jī)械穩(wěn)定化原因可能是塑性變形引入A晶體的各種缺陷，它會(huì)破壞新相和母相之間的共格關(guān)系，阻礙M核長(zhǎng)大，這就增加了奧氏體的穩(wěn)定化。后來由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到了驗(yàn)證。第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹

馬氏體的定義

馬氏體是碳在α—Fe中的過飽和固溶體馬氏體轉(zhuǎn)變是典型的無擴(kuò)散性相變

馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)5.3馬氏體轉(zhuǎn)變的晶體學(xué)和轉(zhuǎn)變機(jī)制第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹

馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)c/a—馬氏體的正方度

碳含量增加，c軸伸長(zhǎng)，a軸縮短，正方度（c/a)呈線性增加，總是大于1M為體心正方結(jié)構(gòu)c/a＝1體心立方結(jié)構(gòu)第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹5.4馬氏體轉(zhuǎn)變的機(jī)理馬氏體區(qū)別與其他相變的最基本的特點(diǎn)是：1、相變以共格切變的方式進(jìn)行2、相變的無擴(kuò)散性這一特點(diǎn)決定了馬氏體的轉(zhuǎn)變機(jī)制具有特殊性第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹5.4馬氏體轉(zhuǎn)變的機(jī)理轉(zhuǎn)變熱力學(xué)M轉(zhuǎn)變是熱學(xué)性的，驅(qū)動(dòng)力是ΔGγ→α’馬氏體與奧氏體自由焓隨溫度的變化曲線第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹C：是顯著的影響因素隨C%↑，Ms，Mf↓，且Mf比Ms下降得快，所以能擴(kuò)大M的轉(zhuǎn)變溫度范圍N：強(qiáng)烈降低Ms點(diǎn)；Al，Co：提高M(jìn)s點(diǎn)，其余Me：使Ms降低影響Ms點(diǎn)的因素（1）A化學(xué)成分（最主要影響因素）提高A區(qū)內(nèi)加熱溫度或延長(zhǎng)加熱時(shí)間可降低Ms，有利于奧氏體的合金化可提高M(jìn)s點(diǎn)，原因可能與A晶粒長(zhǎng)大，或與A內(nèi)缺陷減少有關(guān)（2）奧氏體化條件第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹一般工業(yè)生產(chǎn)用淬火介質(zhì)所能達(dá)到的冷卻速度對(duì)Ms一般沒有影響影響Ms點(diǎn)的因素（3）冷卻速度的影響C%越低，Ms出現(xiàn)跳躍式變化趨勢(shì)越明顯。（4）彈性應(yīng)力的影響單向拉應(yīng)力、壓應(yīng)力能促進(jìn)M的形成，使Ms點(diǎn)升高，所得M稱為應(yīng)力促發(fā)M。三向壓縮則使Ms點(diǎn)下降。第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹（5）塑性變形的影響在奧氏體狀態(tài)下的塑性變形方式和變形量對(duì)馬氏體相變Ms點(diǎn)有顯著影響。細(xì)化晶粒使Ms點(diǎn)降低，最終趨于恒定形變誘發(fā)馬氏體是指由于奧氏體受到塑性變形的影響而形成的馬氏體。形變能為相變提供一定的能量，如果該能量與化學(xué)驅(qū)動(dòng)力相互作用，能夠達(dá)到相變所需的最小驅(qū)動(dòng)力，則相變就可以提前發(fā)生。形變所提供的能量，稱為機(jī)械驅(qū)動(dòng)力。影響Ms點(diǎn)的因素第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹形狀記憶效應(yīng)形狀記憶效應(yīng)：將某些材料進(jìn)行變形后加熱至某一特定溫度以上時(shí)，能自動(dòng)回復(fù)原來形狀的效應(yīng)。形狀記憶效應(yīng)是由馬氏體轉(zhuǎn)變的熱彈性行為及偽彈性引起的分單程和雙程記憶效應(yīng)熱彈性M：M片隨溫度降低而增大，隨溫度升高而減小。第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹

一般M轉(zhuǎn)變形核以后，M片迅速長(zhǎng)大到一極限尺寸即停止，若要使轉(zhuǎn)變繼續(xù)進(jìn)行，必須持續(xù)降溫，產(chǎn)生新核，隨后長(zhǎng)大到極限尺寸，這一過程不可逆。這是因?yàn)轳R氏體長(zhǎng)大到一定程度時(shí)，邊界共格關(guān)系得到了破壞。熱彈性馬氏體－在一些合金中的馬氏體形成時(shí)，其產(chǎn)生的形狀變化始終依靠相鄰母相的彈性變形來協(xié)調(diào)，保持著界面的共格性。這樣，馬氏體片可隨溫度降低而長(zhǎng)大，隨溫度升高而縮小，亦即溫度的升降可引起馬氏體片的消長(zhǎng)。具有這種特性的馬氏體稱為熱彈性馬氏體。熱彈性馬氏體第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹溫度升降可以引起熱彈性馬氏體的消長(zhǎng)，外加應(yīng)力的改變也可以引起馬氏體片的消長(zhǎng)。應(yīng)力增加，馬氏體片長(zhǎng)大應(yīng)力減小，馬氏體片縮小外力促發(fā)的馬氏體片往往具有相同的空間取向，故馬氏體片的長(zhǎng)大，即隨馬氏體量的增加將伴隨宏觀的形狀改變。隨應(yīng)力減小，馬氏體發(fā)生逆轉(zhuǎn)，宏觀變形恢復(fù)，這種現(xiàn)象稱為偽彈性（超彈性）偽彈性第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹航天應(yīng)用—月面天線月面天線伸展開來很寬大，火箭無法容納，那么，如何把這樣一個(gè)天線送上太空，送上月球呢?用Ni-Ti合金絲在馬氏體相變溫度以上，先做成月面天線，然后在低于Mf的溫度把月面天線壓成小團(tuán)裝入運(yùn)載火箭，當(dāng)發(fā)射至月球表面后，通過太陽能加熱而恢復(fù)原形，在月球上展開成為正常工作的月面天線第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹醫(yī)學(xué)應(yīng)用—心臟修補(bǔ)元件第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹熱彈性馬氏體的應(yīng)用第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹

M的結(jié)構(gòu)類型隨C含量的不同而變化。

C含量低時(shí)為板條M，位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)；

C含量高時(shí)為針片狀M，孿晶亞結(jié)構(gòu)。板條M有較高的強(qiáng)韌性，針片狀M硬而脆。M轉(zhuǎn)變是按切變方式進(jìn)行，K－S，G－T模型不同程度說明了切變過程由于M是以切變方式進(jìn)行，所以M轉(zhuǎn)變有一系列由切變?cè)斐傻奶攸c(diǎn)（表面浮凸，非恒溫，非擴(kuò)散，慣習(xí)面和位向關(guān)系，可逆性）奧氏體熱穩(wěn)定化及機(jī)械穩(wěn)定化的基本概念形狀記憶效應(yīng)的概念及應(yīng)用本章小結(jié)第五章馬氏體轉(zhuǎn)變介紹（1）影響鋼的Ms點(diǎn)的最主要因素是＿＿＿，Ms隨升高而＿＿＿。（2）M轉(zhuǎn)變的切變模型有＿＿＿，＿＿＿，＿＿＿。（3）馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)K-S關(guān)系是指＿＿＿(晶面