第九章-马氏体(M)转变

1、1概述概述(钢的热处理原理钢的热处理原理) 钢的冷却转变的分类钢的冷却转变的分类转变温度转变温度转变产物转变产物高温转变高温转变A P(扩散型相变扩散型相变)中温转变中温转变A B(半扩散型相变半扩散型相变)低温转变低温转变A M(非扩散型相变非扩散型相变)2五、马氏体五、马氏体（M）转变）转变（一）马氏体的形成条件（一）马氏体的形成条件（二）马氏体的晶体结构、组织与性能（二）马氏体的晶体结构、组织与性能（三）马氏体转变的特点（三）马氏体转变的特点AMsMfAP A1ABAM 3五、马氏体（五、马氏体（M）转变）转变有色金属有色金属陶瓷材料陶瓷材料钢中的钢中的M转变转变钢从钢从A状态快速冷却，

2、在较低温状态快速冷却，在较低温度下发生的无扩散型相变度下发生的无扩散型相变马氏体马氏体（M）凡是相变的基本特性凡是相变的基本特性属于马氏体型的转变属于马氏体型的转变产物均称为马氏体。产物均称为马氏体。M转变转变4（一）（一） M的形成条件的形成条件过冷过冷A必须以大于必须以大于临界冷却速度的速临界冷却速度的速度冷却度冷却避免发生高温转避免发生高温转变和中温转变变和中温转变过冷过冷A必须冷却到一必须冷却到一定温度定温度Ms点以下才点以下才能开始发生能开始发生M转变转变热力学条件决定热力学条件决定（相变驱动力）（相变驱动力） 临界冷却速度临界冷却速度c5M和和A的自由能与温度的关系的自由能与温度的

3、关系 GAGM GA M GM AG=0自由能自由能MsAst0相变驱动力相变驱动力 新相和母相新相和母相的自由能差的自由能差 M相变驱动力相变驱动力 G= GM GA0G表面能表面能G弹性能弹性能M相变阻力相变阻力 6GAGM GA M GM AG=0自由能自由能MsAst0（一）（一） M的的 形成条件形成条件MsA和和M的自由能差达到相变所的自由能差达到相变所需要的最小驱动力值时的温度需要的最小驱动力值时的温度开始发生开始发生M相变的温度相变的温度t MsM相变进行相变进行 驱动力驱动力 阻力阻力 7（二）马氏体的（二）马氏体的晶体结构晶体结构、组织与性能、组织与性能M：？：？碳在碳在F

4、e中的中的过饱和过饱和间隙固溶体？间隙固溶体？M的晶体结构的晶体结构固溶体的晶体结构？固溶体的晶体结构？Fe的晶体结构？的晶体结构？体心立方体心立方含碳量较低时含碳量较低时体心正方体心正方含碳量较高时含碳量较高时体心正方体心正方正方度正方度=体心立方的体心立方的C轴伸长轴伸长另外两个轴稍微缩短另外两个轴稍微缩短正方畸变正方畸变c/a=1+0.046c 立方晶系立方晶系a=b=c图图9-33（26）含碳量对正方度的影响含碳量对正方度的影响8（二）马氏体的晶体结构、（二）马氏体的晶体结构、组织组织与性能与性能板条状板条状- 低碳马氏体低碳马氏体(c 0.2%)- 高碳马氏体高碳马氏体(c1%)混合

5、组织混合组织- (1% c0.2%)针片状针片状亚结构亚结构位错位错孪晶孪晶位错位错+孪晶孪晶位错位错M孪晶孪晶M碳钢中碳钢中M的形态主要取决于含碳量的形态主要取决于含碳量含碳量也影响含碳量也影响M的转变温度的转变温度图图9-42（35）成分成分结构结构组织组织性能性能9板条状板条状 低碳马氏体低碳马氏体(0.2%C )示意图示意图 10低碳板条状马氏体组织低碳板条状马氏体组织11高碳针片状马氏体组织示意图高碳针片状马氏体组织示意图M片相互不平行，片相互不平行，M片的大小不一，第一片形成片的大小不一，第一片形成的的M尺寸最大，一般贯穿整个尺寸最大，一般贯穿整个A晶粒，并将其分晶粒，并将其分割成

6、两半，越是后形成的尺寸越小（受原始组织割成两半，越是后形成的尺寸越小（受原始组织的影响）。的影响）。分析：分析：12图图9-41（34）片状）片状M亚结构示意图亚结构示意图分析：分析：（1）亚结构为孪晶位错（少数）亚结构为孪晶位错（少数）（2） 亚结构中存在平行关系（孪晶），亚结构中存在平行关系（孪晶），（3） 形核位置：晶粒内部形核位置：晶粒内部微细孪晶微细孪晶高密度位错高密度位错中脊线中脊线13高碳针片状马氏体组织高碳针片状马氏体组织14（二）（二）马氏体的晶体结构、组织与马氏体的晶体结构、组织与性能性能具有高硬度、高强度具有高硬度、高强度主要取决于主要取决于M中的中的c塑性韧性低塑性韧性

7、低主要取决于主要取决于M中亚结构中亚结构位错位错M孪晶孪晶M好好强化方法强化方法差差c硬度、强度硬度、强度固溶强化固溶强化相变强化相变强化时效强化时效强化形变强化（加工硬化）形变强化（加工硬化）15强化方法强化方法强化：强化：提高强度指标的过程提高强度指标的过程强化机理：强化机理：应力超过弹性极限后开始进行塑性变形应力超过弹性极限后开始进行塑性变形塑性变形的最基本形式为滑移塑性变形的最基本形式为滑移位错移动位错移动阻碍位错移动阻碍位错移动不易进行滑移不易进行滑移不易进行塑形变形不易进行塑形变形16M中的强化方法中的强化方法固溶强化：固溶强化：间隙原子碳在间隙原子碳在-Fe晶格中造成正方畸变，晶

8、格中造成正方畸变，形成一个强烈的应力场，该应力场与位形成一个强烈的应力场，该应力场与位错发生强烈的交互作用，从而提高错发生强烈的交互作用，从而提高M的的强度。强度。相变强化：相变强化：M相变时，晶格内造成缺陷密度很高的亚相变时，晶格内造成缺陷密度很高的亚结构，板条结构，板条M中的高密度位错网，片状中的高密度位错网，片状M内的微细孪晶都将阻碍位错运动，从而内的微细孪晶都将阻碍位错运动，从而使使M得到强化。得到强化。时效强化：时效强化：M形成后，碳及合金元素的原子向晶体缺形成后，碳及合金元素的原子向晶体缺陷处扩散偏聚或析出，钉扎位错，使位错陷处扩散偏聚或析出，钉扎位错，使位错难以运动，从而造成难以运动，从而造成M强化。强化。17（三）马氏体转变的特点（三）马氏体转变的特点(1)切变共格和表面浮凸现象切变共格和表面浮凸现象(2)无扩散性无扩散性(3)有一定的位向关系和惯习面有一定的位向关系和惯习面(4)在一个温度范围内进行在一个温度范围内进行(5)具有可逆性具有可逆性实验依据实验依据无成分的变化无成分的变化转变速度极快转变速度极快加热加热AsAf形状记忆合金形状记忆合金MsMf固态相变特征之一固态相