固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)課件西南石油大學(xué)

第八章固態(tài)相變第一節(jié)固態(tài)相變總論第二節(jié)成分保持不變的相變第三節(jié)過(guò)飽和固溶體的分解第四節(jié)共析轉(zhuǎn)變第五節(jié)馬氏體轉(zhuǎn)變第八章固態(tài)相變第一節(jié)固態(tài)相變總論1第一節(jié)固態(tài)相變相變：指當(dāng)外界條件如溫度、壓力等發(fā)生變化時(shí)，物相在某一特定條件下發(fā)生的突變。相變表現(xiàn)為：1）從一種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N結(jié)構(gòu)。2）化學(xué)成分的不連續(xù)變化。3）物質(zhì)物理性能的突變。第一節(jié)固態(tài)相變2三種基本變化：①晶體結(jié)構(gòu)的變化。純金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、固溶體的多形性轉(zhuǎn)變、馬氏體相變②化學(xué)成分的變化。只有成分轉(zhuǎn)變而無(wú)相結(jié)構(gòu)的變化③有序程度的變化。合金的有序化轉(zhuǎn)變，以及與電子結(jié)構(gòu)變化相關(guān)的轉(zhuǎn)變

三種基本變化：31、相界面不同相晶體晶粒的界面。按界面原子的排列特點(diǎn)，可分為共格界面、半共格界面、非共格界面。（1）共格界面：兩相晶格在界面上彼此完全銜接，錯(cuò)配度δ=（ɑβ-

ɑα）/ɑα〈0.05；（2）半共格界面δ大到一定程度時(shí)，相界面不能繼續(xù)維持完全共格學(xué)要一系列調(diào)配錯(cuò)配度調(diào)節(jié)，0.05≤δ≤0.25；（3）非共格界面由于δ（δ﹥0.25）界面處兩相原子無(wú)法配合。1、相界面不同相晶體晶粒的界面。按界面原子的42、界面能固－固相界面能比液－固相界面高，一部分同類鍵異類鍵的結(jié)合強(qiáng)度和數(shù)量變化引起的化學(xué)能，另一部分是由界面原子不匹配產(chǎn)生的點(diǎn)陣畸變能。3、應(yīng)變能應(yīng)變能包括共格應(yīng)變能和體積應(yīng)變能。4、取相關(guān)系固態(tài)相變時(shí)，為了降低母相與新相之間的界面能，新相的某些低指數(shù)晶面與母相的某些低指數(shù)晶面平行。5、慣習(xí)面固態(tài)相變時(shí)，為了降低界面能和維持共格關(guān)系，新相往往在母相的一定晶面上開(kāi)始形成．這個(gè)與所生成新相的主平面或主軸平行的母相品面稱為慣習(xí)面．6、晶體缺陷晶態(tài)固體中的空位、位錯(cuò)、晶界等缺陷周圍因點(diǎn)陣畸變面儲(chǔ)存一定的畸變能．新相極易在這些位置非均勻形核．它們對(duì)晶核的長(zhǎng)大過(guò)程也有一定影響．2、界面能固－固相界面能比液－固相界面高，一部5彈性應(yīng)變能：大中小

界面能：小中大(a)

共格界面(b)半共格界面(c)非共格界面彈性應(yīng)變能：大6二、固態(tài)相變的分類1、按熱力學(xué)分類（1）一級(jí)相變由ɑ相轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪鄷r(shí)，Gα＝Gβμiα=μiβ，但自由焓的一階偏導(dǎo)數(shù)不相等，有體積V和熵S的突變二、固態(tài)相變的分類7(2)二級(jí)相變由ɑ相轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪鄷r(shí)，

Gα＝Gβ，μiα=μiβ，自由焓的一階偏導(dǎo)數(shù)相等，但自由焓的二階偏導(dǎo)數(shù)不相等，無(wú)體積效應(yīng)和熱效應(yīng)(2)二級(jí)相變82、按原子遷移情況分類，可將固態(tài)相變分為擴(kuò)散型相變和非擴(kuò)散型相變

（1）擴(kuò)散型相變依靠原子（或離子）的擴(kuò)散的相變，例如脫溶沉淀、調(diào)幅分解、共析轉(zhuǎn)變等；

（2）非擴(kuò)散型相變?cè)樱ɑ螂x子）盡作有規(guī)律的遷移使點(diǎn)陣發(fā)生改組的相變。2、按原子遷移情況分類，可將固態(tài)相變分為擴(kuò)散型相變和非擴(kuò)散型9固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件西南石油大學(xué)103、按相變方式分類可將固態(tài)相變分為有核相變和無(wú)核相變：（1）有核相變：通過(guò)形核－長(zhǎng)大兩個(gè)階段進(jìn)行的相變；

（2）無(wú)核相變：通過(guò)擴(kuò)散偏聚方式進(jìn)行的相變。3、按相變方式分類可將固態(tài)相變分為有核相變和無(wú)核相變：11三、固態(tài)相變的形核晶核的形成可分為均勻形核和非均勻形核

（1）均勻形核固態(tài)相變的驅(qū)動(dòng)力是新相與母相間的自由焓之差，阻力包括界面能和應(yīng)變能。形成半徑r的晶核時(shí)，系統(tǒng)自由焓的變?yōu)椋盒魏寺剩喝?、固態(tài)相變的形核122、非均勻形核（1）晶界形核界面形核時(shí)自由焓的變化f(θ)形狀因子的表達(dá)式2、非均勻形核f(θ)形狀因子的表達(dá)式13由圖8—5可知．晶核最易在界隅形成，其次是界棱，最后是界面．由圖8—5可知．晶核最易在界隅形成，其次是界棱，最后是界面．14（2）沿位錯(cuò)形核

位錯(cuò)沿位錯(cuò)形核后，位錯(cuò)消失而釋放出畸變能，為形核提供能量。（2）沿位錯(cuò)形核15沿位錯(cuò)形核的特點(diǎn)：（1）刃型位錯(cuò)比螺型位錯(cuò)更為有利；（2）較大柏氏矢量的位錯(cuò)促進(jìn)形核的作用更為有效；（3）在位錯(cuò)結(jié)和位錯(cuò)割階處易于形核；（4）單獨(dú)位錯(cuò)比亞晶界上的位錯(cuò)對(duì)形核更為有效；（5）小角度晶界或亞晶界上慣習(xí)面選擇性形核；沿位錯(cuò)形核的特點(diǎn)：16四、晶核的長(zhǎng)大1、晶核的長(zhǎng)大方式按原子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可分為：（1）非協(xié)同型長(zhǎng)大原子移動(dòng)無(wú)序四、晶核的長(zhǎng)大17（2）協(xié)同型長(zhǎng)大母相原子有規(guī)則的向新相運(yùn)動(dòng)（2）協(xié)同型長(zhǎng)大母相原子有規(guī)則的向新相運(yùn)動(dòng)182、晶核長(zhǎng)大的控制因素根據(jù)晶核的長(zhǎng)大方式及母相和新相的化學(xué)成分的變化情況，可將固態(tài)相變長(zhǎng)大分為4類：①成分不變協(xié)同型長(zhǎng)大；②成分不變非協(xié)同型長(zhǎng)大；③成分改變協(xié)同型長(zhǎng)大；④成分改變非協(xié)同型長(zhǎng)大。晶核長(zhǎng)大的控制因素依相變溫度和擴(kuò)散類型而定：（1）相變溫度較高時(shí)，原子擴(kuò)散速率較快，但過(guò)冷度和相變驅(qū)動(dòng)力較小，晶核長(zhǎng)大速率的控制因素是相變驅(qū)動(dòng)人；（2）相變溫度較低時(shí)，過(guò)冷度和相變驅(qū)動(dòng)力較大，原子的擴(kuò)散速率將成為晶核長(zhǎng)大的控制因素。2、晶核長(zhǎng)大的控制因素193、受界面過(guò)程控制的晶核長(zhǎng)大界面遷移速率（1）過(guò)冷度較小時(shí)，兩相的自由能差極小界面遷移速率與兩相的自由能差成正比，隨溫度降低，兩相的自由能差增大，新相長(zhǎng)大速率增加；3、受界面過(guò)程控制的晶核長(zhǎng)大界面遷移速率（1）過(guò)冷度較小時(shí)，20（2）過(guò)冷度較大時(shí)，，隨溫度降低，界面遷移速率減小，新相長(zhǎng)大速率隨之下降。（2）過(guò)冷度較大時(shí)，21五、固態(tài)相變動(dòng)力學(xué)固態(tài)相變速度決定于新相的形核率和長(zhǎng)大速度：（1）設(shè)均勻形核的形核率及受點(diǎn)陣重構(gòu)控制的長(zhǎng)大速度在恒溫轉(zhuǎn)變時(shí)均為常數(shù)，相變動(dòng)力學(xué)方程：（2）非均勻形核的形核率及受擴(kuò)散控制的長(zhǎng)大速度隨時(shí)間而變化，相變動(dòng)力學(xué)方程：Johnson-Mehl方程Avrami方程五、固態(tài)相變動(dòng)力學(xué)Johnson-Mehl方程Avrami方22等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖－TTT圖

在某一溫度下轉(zhuǎn)變量達(dá)到f所需的時(shí)間τf。轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度：轉(zhuǎn)變量f＝0.05的時(shí)間τ0.05轉(zhuǎn)變中止溫度：轉(zhuǎn)變量f＝0.95的時(shí)間τ0.95等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖－TTT圖23第二節(jié)成分保持不變的相變一、多型性轉(zhuǎn)變多型性轉(zhuǎn)變即同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變前后無(wú)成分變化，是通過(guò)形核、長(zhǎng)大方式進(jìn)行的，新相優(yōu)先在過(guò)冷或過(guò)熱母相的晶界等缺陷處形核；二、塊狀轉(zhuǎn)變固溶體及純金屬可在快速冷卻過(guò)程中以很快的速率轉(zhuǎn)變成與母相成分相同面結(jié)構(gòu)相異的塊狀新相；三、有序－無(wú)序轉(zhuǎn)變

某些合金隨溫度的變化由無(wú)序狀態(tài)變到有序狀態(tài)的一個(gè)原子交換位置過(guò)程。第二節(jié)成分保持不變的相變一、多型性轉(zhuǎn)變241、有序度參量（1）長(zhǎng)程有序

1、有序度參量25（2）短程有序2、有序化過(guò)程：有序化過(guò)程需要原子的遷移，但不引起宏觀的成分改變，僅僅是鄰近亞點(diǎn)陣上原子的換位。有序疇：點(diǎn)陣上的原子交換位置，形成有序排列的微小區(qū)域。反相疇界：有序疇相遇時(shí)，若它們?cè)诱紦?jù)的亞點(diǎn)陣在各自的有序區(qū)域中恰好相反的交界面。（2）短程有序26固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件西南石油大學(xué)27第三節(jié)過(guò)飽和固溶體的分解脫溶沉淀：固溶體的溶解度隨溫度變化，在晶界處脫溶出一種物價(jià)在晶界形成沉淀?？刂泼撊艹恋淼姆椒ǎ孩俪恋硐嗟捏w積分?jǐn)?shù)和彌散度由冷卻速度控制．②先進(jìn)行固溶處理．然后重新加熱至兩相區(qū)保溫(時(shí)效)使沉淀相得以析出，沉淀相的體積分?jǐn)?shù)和彌散度由時(shí)效溫度和保溫時(shí)間控制．

第三節(jié)過(guò)飽和固溶體的分解脫溶沉淀：固溶體的溶解度隨溫28二、沉淀方式1、連續(xù)沉淀：沉淀過(guò)程中鄰近沉淀物的母相溶質(zhì)濃度連續(xù)變化。二、沉淀方式292、不連續(xù)沉淀：析出相和母相之間的溶質(zhì)濃度變化不連續(xù)。特點(diǎn)：常在晶界形核，一側(cè)母相保持取向關(guān)系，具有共格或半共格界面，而另一側(cè)母相不共格．形核較為困難，

一旦成核，其生長(zhǎng)速率很快。2、不連續(xù)沉淀：析出相和母相之間的溶質(zhì)濃度變化不連續(xù)。303、沉淀過(guò)程中的顯微組織的變化（1）連續(xù)均勻沉淀加局部沉淀：沉淀開(kāi)始時(shí)先在晶界、滑移帶局部沉淀，接著發(fā)生晶內(nèi)均勻沉淀；（2）連續(xù)沉淀加不連續(xù)沉淀：晶內(nèi)發(fā)生連續(xù)沉淀，而在晶界發(fā)生不連續(xù)沉淀，隨時(shí)效過(guò)程的發(fā)展，胞狀組織不斷擴(kuò)大，同時(shí)沉淀相粗化并球化；

（3）不連續(xù)沉淀：核在晶界形成后長(zhǎng)成胞狀組織，不斷增大(包括伴生的再結(jié)晶)擴(kuò)展至整體，與此同時(shí)，沉淀相逐步粗化并球化。

3、沉淀過(guò)程中的顯微組織的變化31固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件西南石油大學(xué)32五、調(diào)幅分解：

通過(guò)自發(fā)的成分漲落和上坡擴(kuò)散，使溶質(zhì)成分的波幅不斷增加，分解成結(jié)構(gòu)均與母相相同，但成分不同的兩種固溶體的分解過(guò)程。

五、調(diào)幅分解：33第四節(jié)共析轉(zhuǎn)變一、概述共析轉(zhuǎn)變與共晶轉(zhuǎn)變相似，但它是從固溶體母相中以相互協(xié)作的方式生長(zhǎng)出來(lái)，結(jié)構(gòu)、成分均不相同于母相的兩個(gè)新固相，表達(dá)式為：珠光體的形成是一個(gè)共析轉(zhuǎn)變過(guò)程：γ→α+β第四節(jié)共析轉(zhuǎn)變一、概述γ→α+β34珠光體：鐵素體、滲碳體交替分布的片層狀共析組織。珠光體的形成過(guò)程：（1）碳的擴(kuò)散；（2）晶體點(diǎn)陣重構(gòu)

珠光體團(tuán)：珠光體片層方向大致相同的區(qū)域。珠光體片間距SO珠光體：鐵素體、滲碳體交替分布的片層狀共析組織。35不同的溫度形成的珠光體片層間距不同：在溫度區(qū)間（A1～650℃）：SO大約為400nm;在溫度區(qū)間（650℃～600℃）：SO大約為400nm～200nm，稱為索氏體；在溫度區(qū)間（600℃～500℃）：SO小于200nm，稱為托氏體（或屈氏體）。不同的溫度形成的珠光體片層間距不同：36二、共析轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)分析：共析轉(zhuǎn)變的動(dòng)力仍是自由焓之差。二、共析轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)分析：37三、珠光體的形成過(guò)程1、形核共析轉(zhuǎn)變過(guò)程與共晶轉(zhuǎn)變過(guò)程相似，先要形成一個(gè)領(lǐng)先相。珠光體首先在晶界形核，領(lǐng)先相是Fe3C，隨著Fe3C－γ界面處碳的貧化，促使α的形成，如此相互協(xié)作便形成了珠光體晶核。2、長(zhǎng)大珠光體晶核形成以后，由于碳的濃度不同和擴(kuò)散，使晶核不斷長(zhǎng)大。三、珠光體的形成過(guò)程38固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件西南石油大學(xué)39四、共析轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)1、影響形核率I和長(zhǎng)大速度μ的因素有過(guò)冷度的大小和等溫時(shí)間。

過(guò)冷度對(duì)形核率I和長(zhǎng)大速度μ的影響：隨過(guò)冷度的增大先增后減：四、共析轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)40等溫時(shí)間對(duì)形核率的影響：等溫時(shí)間對(duì)晶核長(zhǎng)大速度無(wú)明顯影響

等溫時(shí)間對(duì)形核率的影響：等溫時(shí)間對(duì)晶核長(zhǎng)大速度無(wú)明顯影響412、共析轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖從動(dòng)力學(xué)圖中可以知道其三個(gè)特點(diǎn)：①共析轉(zhuǎn)變有一段孕育期，即從等溫開(kāi)始至開(kāi)始發(fā)生轉(zhuǎn)變的時(shí)間．②等溫溫度從Al逐漸下降時(shí)，孕育期逐漸縮短，降至某一溫度孕育期最短，溫度繼續(xù)降低則孕育期反而增長(zhǎng)，降低至一定溫度時(shí)共析轉(zhuǎn)變將放抑制．③等溫轉(zhuǎn)變初期，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，共析轉(zhuǎn)變速度增大，轉(zhuǎn)變量超過(guò)50％時(shí)，轉(zhuǎn)變速度又逐漸降低，直至轉(zhuǎn)變完成。

2、共析轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖42固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件西南石油大學(xué)43五、先共析轉(zhuǎn)變及偽共析轉(zhuǎn)變先共析轉(zhuǎn)變：亞共析鋼或過(guò)共析鋼從單相奧氏體區(qū)冷卻到雙相區(qū)時(shí)，首先析出鐵素體或滲碳體的現(xiàn)象。偽共析轉(zhuǎn)變：當(dāng)亞（過(guò)）共析鋼從奧氏體區(qū)以較快速度冷卻，先共析鐵素體（或滲碳體）來(lái)不及析出，直接形成鐵素體與滲碳體的混合物。五、先共析轉(zhuǎn)變及偽共析轉(zhuǎn)變44固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件西南石油大學(xué)45六、珠光體的組織特點(diǎn)及力學(xué)性能根據(jù)滲碳體的形狀，可將珠光體分為兩種：一種是片狀珠光體，另一種是粒狀珠光體。六、珠光體的組織特點(diǎn)及力學(xué)性能46轉(zhuǎn)變溫度、片層間距與硬度值之間的關(guān)系：轉(zhuǎn)變溫度越低珠光體的片層間距越小，硬度越高轉(zhuǎn)變溫度、片層間距與硬度值之間的關(guān)系：47第五節(jié)、馬氏體轉(zhuǎn)變一、馬氏體轉(zhuǎn)變的基本特征1、轉(zhuǎn)變不需要擴(kuò)散馬氏體轉(zhuǎn)變只有點(diǎn)陣改組而無(wú)成份變化，轉(zhuǎn)變時(shí)原子做有規(guī)律的整體遷移，每個(gè)原子移動(dòng)的距離不超過(guò)一個(gè)原子間距，且原子之間的相對(duì)位置不發(fā)生變化。1、一些具有有序結(jié)構(gòu)的合金發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變后有序結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化；2、Fe-C合金奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變后，C原子的間隙位置保持不變；3、馬氏體轉(zhuǎn)變可以在相當(dāng)?shù)偷臏囟确秶鷥?nèi)進(jìn)行，且轉(zhuǎn)變速度極快。例如：Fe-C、Fe-Ni合金，在-20~-196℃之間一片馬氏體形成的時(shí)間約5×10-5─5×10-7秒第五節(jié)、馬氏體轉(zhuǎn)變一、馬氏體轉(zhuǎn)變的基本特征482、切變主導(dǎo)型點(diǎn)陣畸變式轉(zhuǎn)變點(diǎn)陣畸變式轉(zhuǎn)變：通過(guò)均勻的應(yīng)變把一種點(diǎn)陣轉(zhuǎn)變稱為另一種點(diǎn)陣。點(diǎn)陣畸變方式有以下幾種：（1）簡(jiǎn)單切變；（2）簡(jiǎn)單膨脹和壓縮；（3）既有膨脹、又有切變馬氏體轉(zhuǎn)變以第三種為主。2、切變主導(dǎo)型點(diǎn)陣畸變式轉(zhuǎn)變49

顯然，界面上的原子排列規(guī)律既同于馬氏體，也同于奧氏體，這種界面稱為共格界面。但不變平面可以是相界面，也可以不是相界面。顯然，界面上的原子排列規(guī)律既同于馬氏體，也同于奧氏503、轉(zhuǎn)變時(shí)的動(dòng)力學(xué)和生成相形貌轉(zhuǎn)變過(guò)程中產(chǎn)生的彈性應(yīng)變能控制3、轉(zhuǎn)變時(shí)的動(dòng)力學(xué)和生成相形貌轉(zhuǎn)變過(guò)程中產(chǎn)生的彈性應(yīng)變能控制51二、馬氏體轉(zhuǎn)變的晶體學(xué)1、表面浮凸現(xiàn)象和慣習(xí)面

馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)能在預(yù)先磨光的試樣表面上形成有規(guī)則的表面浮凸。這說(shuō)明馬氏體的形成與母相奧氏體的宏觀切變密切相關(guān)。

奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時(shí)，新舊兩相之間保持著嚴(yán)格的晶體學(xué)位向關(guān)系，馬氏體的不變平面被稱為馬氏體的慣習(xí)面，以平行于此面的母相的晶面指數(shù)表示。二、馬氏體轉(zhuǎn)變的晶體學(xué)52固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件西南石油大學(xué)532、晶體學(xué)取向關(guān)系

馬氏體轉(zhuǎn)變的晶體學(xué)特征是馬氏體與母相之間存在著一定的位向關(guān)系。在鋼中已觀察到到的有K—S關(guān)系、西山關(guān)系和G—T關(guān)系。（1）K—S關(guān)系

{110}αˊ∥{111}γ；<111>αˊ∥<110>γ[-111](110)(111)[-101]2、晶體學(xué)取向關(guān)系[-111](110)(111)[-10154按K-S關(guān)系，馬氏體在奧氏體中共有24種不同的空間取向。按K-S關(guān)系，馬氏體在奧氏體中共有24種不同的空間取向。55（2）西山關(guān)系{110}αˊ∥{111}γ；<110>αˊ∥<112>γ按西山關(guān)系，馬氏體在奧氏體中只有12種不同的空間取向。（2）西山關(guān)系按西山關(guān)系，馬氏體在奧氏體中只有12種不同的56K—S關(guān)系與西山關(guān)系的關(guān)系K—S關(guān)系與西山關(guān)系的關(guān)系57（3）G—T關(guān)系{110}αˊ∥{111}γ差1°<111>αˊ∥<110>γ差2°（3）G—T關(guān)系583、馬氏體的組織形態(tài)及亞結(jié)構(gòu)根據(jù)馬氏體的形狀，可將馬氏體分為板條狀馬氏體和片狀馬氏體。（1）、板條狀馬氏體

板條馬氏體是低、中碳鋼，馬氏體時(shí)效鋼，不銹鋼等鐵系合金中形成的一種典型的馬氏體組織。低碳鋼中的典型馬氏體組織如下圖：3、馬氏體的組織形態(tài)及亞結(jié)構(gòu)59固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件西南石油大學(xué)60固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件西南石油大學(xué)61固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件西南石油大學(xué)62固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件西南石油大學(xué)63固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件西南石油大學(xué)64

顯微組織：馬氏體呈板條狀，一束束排列在原奧氏體晶粒內(nèi)。對(duì)某些鋼因板條不易浸蝕顯現(xiàn)出來(lái)，而往往呈塊狀，所以有時(shí)也稱為塊狀馬氏體，又因?yàn)檫@種馬氏體的亞結(jié)構(gòu)主要為位錯(cuò)，也常稱之為位錯(cuò)型馬氏體，這種馬氏體是由許多板條群組成的，也稱為群集狀馬氏體。在一個(gè)板條群內(nèi)各板條的尺寸大致相同，這些板條呈大致平行且方向一定的排列。顯微組織：65

晶體學(xué)特征

慣習(xí)面為(111)γ，晶體學(xué)位向關(guān)系符合K-S關(guān)系。由平行排列的板條馬氏體組成的較大區(qū)域稱為板條群。在一個(gè)原奧氏體晶粒內(nèi)可以包含幾個(gè)這樣的板條群，通常為3—5個(gè)。一般情況下奧氏體晶粒尺寸的變化，對(duì)板條群的數(shù)量無(wú)影響，只能改變板條群的尺寸。晶體學(xué)特征66

同色調(diào)區(qū)是由位向相同的馬氏體板條組成的，稱為同位向束。同位向束內(nèi)馬氏體板條是以小角度晶界相間的，而同們位向束之間則是以大角度晶界相間的。同色調(diào)區(qū)是由位向相同的馬氏體板條組成的，稱為同67

亞結(jié)構(gòu)

亞結(jié)構(gòu)主要是高密度的位錯(cuò)纏結(jié)構(gòu)成的位錯(cuò)胞，位錯(cuò)密度可高達(dá)0.3～0.9×1012/cm2，板條邊緣有少量孿晶。從亞結(jié)構(gòu)對(duì)材料性能而言，孿晶不起主要作用。（2）、片狀馬氏體

常見(jiàn)于淬火高、中碳鋼及高Ni的Fe-Ni合金中，是鐵系合金中出現(xiàn)的另一種典型的馬氏體組織。

顯微組織

典型的馬氏體組織形態(tài)見(jiàn)下圖所示：亞結(jié)構(gòu)68固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件西南石油大學(xué)69固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件西南石油大學(xué)70固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件西南石油大學(xué)71固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件西南石油大學(xué)72馬氏體片大小不一，馬氏體片間不平行，互成一定夾角，第一片馬氏體形成時(shí)慣穿整個(gè)奧氏體晶粒，后形成的馬氏體片逐漸變小，即馬氏體形成時(shí)具有分割?yuàn)W氏體晶粒的作用。因此，馬氏體片的大小取決于奧氏體晶粒的大小。在馬氏體片中常能看到明顯的中脊，關(guān)于中脊的形成規(guī)律目前尚不清楚。馬氏體片大小不一，馬氏體片間不平行，互73

晶體學(xué)特征慣習(xí)面(225)γ位向關(guān)系為K—S關(guān)系慣習(xí)面(259)γ位向關(guān)系為西山關(guān)系，可以爆發(fā)形成，馬氏體片有明顯的中脊。

亞結(jié)構(gòu)片狀馬氏體的主要亞結(jié)構(gòu)是孿晶，這是片狀馬氏體的重要特征。孿晶的間距大約為50?，一般不擴(kuò)展到馬氏體片的邊界上，在馬氏體片的邊緣則為復(fù)雜的位錯(cuò)組列。一般認(rèn)為，這種位錯(cuò)是沿[111]αˊ方向呈點(diǎn)陣狀規(guī)則排列的螺型位錯(cuò)。片狀馬氏體內(nèi)的相變孿晶一般是(112)αˊ孿晶，也發(fā)現(xiàn)(110)αˊ孿晶和(112)αˊ孿晶混生的現(xiàn)象，方向?yàn)閇11-1]αˊ。晶體學(xué)特征74不同的片狀馬氏體內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)是不同的,可以將其分為以中脊為中心的相變孿晶區(qū)和無(wú)孿晶區(qū)。孿晶區(qū)所占比例與馬氏體的形成溫度有關(guān),形成溫度越低,相變孿晶區(qū)所占比例越大。不同的片狀馬氏體內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)是不同的,可以將其分為以中脊為中75（3）、其它類型的馬氏體①蝶狀馬氏體（人字形或角狀馬氏體）

本世紀(jì)六十年代初首先在Fe-30%Ni的合金中發(fā)現(xiàn)的,近年在Fe-C合金中也觀察到了這種形態(tài)馬氏體。立體外形呈V形柱狀，橫截面呈蝶狀，兩翼之間的夾角一般為136o，兩翼的慣習(xí)面為（225）γ而兩翼相交的結(jié)合面為{100}γ。與奧氏體的位向關(guān)系為K-S關(guān)系，亞結(jié)構(gòu)為高密度的位錯(cuò)，無(wú)孿晶。形成溫度介于板條馬氏體與片狀馬氏體之間，形態(tài)特征和性能也介于兩者之間。（3）、其它類型的馬氏體76固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件西南石油大學(xué)77②薄板狀馬氏體

這種馬氏體是在Ms點(diǎn)低于-100℃的Fe-Ni-C合金中觀察到的，是一種厚度約為3～10μm的薄板形馬氏體，三維單元形貌很象方形薄板，與試樣磨面相截得到寬窄一致的平直帶狀，帶可以相互交叉，呈現(xiàn)曲折、分杈等特異形態(tài)。慣習(xí)面為（259）γ，位向關(guān)系為K-S關(guān)系，亞結(jié)構(gòu)為(112)αˊ孿晶，無(wú)位錯(cuò)，無(wú)中脊。隨轉(zhuǎn)變溫度降低，轉(zhuǎn)變進(jìn)行時(shí)，即有新馬氏體的不斷形成，同時(shí)也有舊馬氏體的不斷增厚。②薄板狀馬氏體78固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件西南石油大學(xué)79三、馬氏體轉(zhuǎn)變熱力學(xué)1、臨界驅(qū)動(dòng)力和轉(zhuǎn)變溫度馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界化學(xué)驅(qū)動(dòng)力形變誘發(fā)馬氏體：對(duì)奧氏體施加外力，在奧氏體發(fā)生塑性交形的同時(shí)形成的馬氏體。三、馬氏體轉(zhuǎn)變熱力學(xué)80固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件西南石油大學(xué)812、形核馬氏體轉(zhuǎn)變有形核、長(zhǎng)大階段。2、形核82四、馬氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)1、變溫馬氏體轉(zhuǎn)變：當(dāng)奧氏體被過(guò)冷到MS以下某一溫度時(shí)，在該溫度下能夠形成的馬氏體在其核形成的瞬間即可形成，而新核的繼續(xù)形成則需依靠進(jìn)一步的降溫．馬氏體的生長(zhǎng)有“熱彈’’型和“爆發(fā)”型；

四、馬氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)83固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件西南石油大學(xué)84固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件西南石油大學(xué)852、等溫馬氏體轉(zhuǎn)變晶核的形成有孕育期，形核率隨過(guò)冷度的增加而先增后減。核形成后的長(zhǎng)大速率仍極快，且長(zhǎng)大到一定尺寸后同樣不再長(zhǎng)大，這種轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)同樣取決于形核率而與長(zhǎng)大速率無(wú)關(guān)．馬氏體轉(zhuǎn)變量隨等溫時(shí)間的延長(zhǎng)而增多．其等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線也呈S形即該轉(zhuǎn)變量是時(shí)間的函數(shù)，并與等溫溫度有關(guān)．隨等溫溫度的降低，轉(zhuǎn)變速度先增后減．起初的增加歸結(jié)于新馬氏體片的自催化形核，而隨后的減小則是因?yàn)檫^(guò)冷奧氏體不斷地被已生成的馬氏體片分隔為越來(lái)越小的區(qū)域，在這些區(qū)域中形核的幾率下降．

2、等溫馬氏體轉(zhuǎn)變86等溫轉(zhuǎn)變：將奧氏體的試樣迅速冷至臨界溫度以下的一定溫度，進(jìn)行等溫，在等溫過(guò)程中所發(fā)生的相變。過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲圖(TTT，TimeTemperatureTransformation)：用來(lái)描述轉(zhuǎn)變開(kāi)始和轉(zhuǎn)變終了時(shí)間、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物和轉(zhuǎn)變量與溫度、時(shí)間之間的關(guān)系曲線，又叫C曲線、IT圖。研究目的：對(duì)相變機(jī)理、相變動(dòng)力學(xué)以及影響因素進(jìn)行研究；為工藝的制訂提供理論基礎(chǔ)。過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖（TTT圖）等溫轉(zhuǎn)變：將奧氏體的試樣迅速冷至臨界溫度以下的一定溫度，進(jìn)行87（一）TTT圖的建立

測(cè)量轉(zhuǎn)變的方法很多，如金相法、硬度法、膨脹法、磁性法、電阻法、熱分析法等。通常用金相硬度法和膨脹法配合使用，利用過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)或物理性能的變化進(jìn)行測(cè)定。固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件西南石油大學(xué)88試樣制備：φ10~15mm×1.5mm，具有相同的原始組織奧氏體化：在相同條件下進(jìn)行奧氏體化，要求奧氏體的化學(xué)成分均勻一致。等溫轉(zhuǎn)變：將奧氏化試樣在選定溫度的等溫熔鹽（或金屬）中保溫一系列不同時(shí)間，進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變。淬火：將保溫后的試樣迅速取出，淬入鹽水中。繪圖：測(cè)出給定等溫溫度、等溫時(shí)間下的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物類型、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的百分?jǐn)?shù)，并將結(jié)果繪制成等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線（如圖8-110a）。再轉(zhuǎn)換成等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)圖（如圖8-110ｂ）試樣制備：φ10~15mm×1.5mm，具有相同的原始組織89

90（二）奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的特點(diǎn)開(kāi)始線以左部分為過(guò)冷奧氏體區(qū)，轉(zhuǎn)變終了線以右區(qū)域?yàn)镻或B區(qū)，兩條線之間為轉(zhuǎn)變過(guò)渡區(qū)（A+P或A+B），水平線MS為馬氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度，MS以下為馬氏體區(qū)。1、過(guò)冷奧氏體在不同溫度等溫分解都有一個(gè)孕育期。孕育期的長(zhǎng)短隨等溫溫度而變，鼻子點(diǎn)處的孕育最短，即，在此溫度奧氏體最不穩(wěn)定、最易分解。鼻子點(diǎn)的出現(xiàn)是因?yàn)檗D(zhuǎn)變的形核及長(zhǎng)大均受C原子及Fe原子擴(kuò)散的控制。（二）奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的特點(diǎn)912、等溫溫度對(duì)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的影響（1）珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)A1~鼻子溫度為P轉(zhuǎn)變區(qū)，一般為片狀，片間距離隨溫度降低而減小，屈服強(qiáng)度升高。（2）貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)鼻子溫度~MS為貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，分上貝氏體和下貝氏體區(qū)。貝氏體轉(zhuǎn)變終了線以右不能得到單一的貝氏體組織，而是貝氏體+殘余奧氏體。（3）馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)MS以下為馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，直到Mf。（4）珠光體與貝氏體、貝氏體與馬氏體可能重疊這樣在某一溫度等溫，將得到P+B或B+M混合組織。2、等溫溫度對(duì)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的影響92固態(tài)相變材料科學(xué)基礎(chǔ)ppt課件西南石油大學(xué)93（三）奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的常見(jiàn)類型等溫轉(zhuǎn)變曲線形狀只要取決于珠光體、貝氏體和馬氏體的轉(zhuǎn)變曲線是重疊的還是明顯分開(kāi)的，以及它們與縱軸間的相對(duì)位置。1、碳鋼的基本類型（三）奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的常見(jiàn)類型942、合金鋼C曲線的常見(jiàn)類型

歸納起來(lái)大體上可以分為五種類型。（1）單一C字形曲線，即P與B轉(zhuǎn)變重疊（與碳素鋼相似）。除碳鋼以外，含有Si、Ni、Cu、Co等合金元素（非碳化物形成元素）的鋼均屬此類。2、合金鋼C曲線的常見(jiàn)類型95（2）雙C字形曲線（兩個(gè)鼻子在時(shí)間和溫度軸上都不相同，P與B部分重疊）。1）P轉(zhuǎn)變曲線右移比較顯著，20Cr、40Cr、35CrMn2等。2）B轉(zhuǎn)變曲線右移較為顯著，GCr15、9Cr2、CrMn等。第２類（2）雙C字形曲線（兩個(gè)鼻子在時(shí)間和溫度軸上都不相同，P與