第四章马氏体相变

1、Yuxi ChenHunan Univ.1Yuxi ChenHunan Univ.2马氏体？马氏体？最早认为马氏体是碳溶于-Fe中的过饱和间隙式固溶体。后来不仅铁碳合金中而且在有色合金中也存在马氏体，马氏体有时不含碳，晶体结构也不只是体心立方，还有密排六方、有序正交、有序面心立方、有序正方等点阵结构。上述定义不适用。Yuxi ChenHunan Univ.3马氏体相变：替换原子经无扩散切变位移（均匀和不均匀形变）由此产生形状改变和表面浮凸、呈不变平面应变特征的一级、形核-长大型相变。替换原子无扩散切变（原子沿相界面作协作运动）、使其形状改变的相变。马氏体：马氏体相变的产物点阵畸变、无扩散、切变

2、为主、形状变化、位移型Yuxi ChenHunan Univ.4马氏体相变的主要特征马氏体相变的主要特征：l表面浮凸现象和切变共格性l马氏体转变的无扩散性l惯习面和一定的位向关系l亚结构l转变的非恒温性和不完全性l马氏体转变的可逆性Yuxi ChenHunan Univ.5特征1：表面浮凸现象和切变共格性马氏体转变时在预先磨光的表面上产生有规则的表面浮凸。Yuxi ChenHunan Univ.6预先在磨光表面上划一直线划痕，相变后直线变为折线，直线在新相、母相的界面不折断，在新相晶内不弯曲。Yuxi ChenHunan Univ.7相变时，相界面宏观上不转动，也不变形，保持平面。界面上原子既

3、属于新相，又属于母相，这种界面称为共格界面（第二类共格，切变共格）不畸变也不转动的晶面称为不变平面（中脊面）。三种不变平面应变膨胀（或压缩），切变，切变+膨胀不变平面可以是相界面，也可以不是相界面。共格界面的界面能弹性应变能（共格弹性能） Yuxi ChenHunan Univ.8特征特征2：马氏体转变的无扩散性马氏体转变的无扩散性马氏体转变时，晶体点阵的改组只依赖原子微马氏体转变时，晶体点阵的改组只依赖原子微量的协作迁移，而不依赖于原子的扩散。这一量的协作迁移，而不依赖于原子的扩散。这一特征称为马氏体转变的无扩散性特征称为马氏体转变的无扩散性。 1）只有晶体结构的变化，没有成分的变化。 2）

4、无扩散并不是说转变时原子不发生移动。注意间隙原子碳的扩散，区别于置换原子的扩散。Yuxi ChenHunan Univ.9特征特征3：惯习面和一定的位向关系惯习面和一定的位向关系马氏体总是在母相的特定晶面上析出：惯习面。惯习面即马氏体转变的不变平面，总是平行或接近奥氏体的某一晶面，并随奥氏体中含碳量及马氏体形成温度而变化。1）当C含量小于0.2%时，惯习面为557，近 111；2）当C含量处于0.5%1.4%时，惯习面为225；3）当C含量高于1.5%时，惯习面为259。4）随马氏体形成温度的下降，惯习面向高指数方向变化。Yuxi ChenHunan Univ.10马氏体奥氏体界面并不都是平面

5、，有时呈弯曲状，存在界面台阶。宏观惯习面，微观惯习面。马氏体转变时新相和母相始终保持切变共格性，因此二者存在确定的位向关系。Yuxi ChenHunan Univ.11钢中两者的晶体学取向关系：1）K-S关系： 110M /111；M/ Yuxi ChenHunan Univ.122）西山（N）关系： 110M/111；M/ 3）G-T关系： 110M /111，差1 M/，差2 Yuxi ChenHunan Univ.13特征特征4 4：亚结构：亚结构马氏体转变会在马氏体中形成大量的晶体缺陷：位错、孪晶、层错等。如中低碳马氏体亚结构为位错；高碳马氏体亚结构为孪晶；马氏体的亚结构为层错。Yux

6、i ChenHunan Univ.14特征特征5：转变的非恒温性和不完全性：转变的非恒温性和不完全性一般认为马氏体相变不能等温完成，必须不断降温中进行。奥氏体以大于某一临界冷却速度的速度冷却到某一温度（马氏体转变开始温度Ms），不需孕育，转变立即发生，并且以极大速度进行，但很快停止，不能进行终了。为使转变继续进行，必须继续降低温度，所以马氏体转变是在不断降温的条件下才能进行。当温度降到某一温度之下时，马氏体转变已不能进行，该温度称为马氏体转变终了点，Mf 。Yuxi ChenHunan Univ.15马氏体转变量是温度的函数，与等温时间无关。马氏体的降温转变称为马氏体转变的非恒温性。由于多数钢

7、的 Mf 在室温以下，因此钢快冷到室温时仍有部分未转变奥氏体存在，称为残余奥氏体，记为Ar。有残余奥氏体存在的现象，称为马氏体转变不完全性。要使残余奥氏体继续转变为马氏体，可采用冷处理。 Yuxi ChenHunan Univ.16特征特征6：马氏体转变的可逆性：马氏体转变的可逆性在某些合金中，冷却时M，而重新加热时马氏体又能M，这种特点称为马氏体转变的可逆性。 逆转变开始的温度称为As，结束的温度称为Af 。MA的逆转变也是在一定温度范围内（As-Af）进行。 形状记忆合金的热弹性马氏体就是利用了这个特点。 马氏体转变最主要的和最基本的只有两个：切变共格性和无扩散性。其他的特点可由这两个特点

8、派生出来。Yuxi ChenHunan Univ.17不仅铁碳合金中而且在有色合金中也存在马氏体，晶体结构主要有体心立方、体心正方、密排六方、有序正交、有序面心立方、有序正方等晶体结构。马氏体是碳溶于-Fe中的过饱和间隙式固溶体，记为M或。其中的碳择优分布在c轴方向上的八面体间隙位置。1、马氏体可能的晶体结构Yuxi ChenHunan Univ.182、一般钢中马氏体的晶体结构马氏体转变时只有点阵的改组而无成分的变化，转变所得的马氏体与其母相奥氏体的成分一致。碳原子位于面心立方奥氏体的八面体间隙，马氏体相变后，碳原子依然位于体心立方的马氏体八面体间隙，但体心立方马氏体的八面体是扁八面体，两个

9、轴中有一个轴是短轴。Yuxi ChenHunan Univ.19马氏体转变时，因碳仍固溶于-Fe中点阵八面体间隙位置。这使得c轴伸长，a轴缩短，晶体结构为体心正方。其轴比c/a称为正方度，马氏体含碳量愈高，正方度愈大。 Yuxi ChenHunan Univ.20 马氏体点阵参数与C含量的关系 马氏体的晶体结构类型（两种）： 体心立方结构（WC0.2%） Yuxi ChenHunan Univ.213、马氏体的异常正方度体心结构马氏体中，八面体的短轴平行于X轴的称为X趋向，其中心称为X位置。相应地存在Y位置和Z位置。不同的钢马氏体相变后正方度有变化，说明碳原子可能在X、Y或Z位置，这是与奥氏体

10、中存在着某些与奥氏体化学成分相关的晶体缺陷所造成。Yuxi ChenHunan Univ.22钢中马氏体的形态很多，但就其单元的形态特征和亚结构的特点来看有五种，即： 1）板条状马氏体 2）透镜片状马氏体 3）蝶状马氏体 4）薄片状马氏体 5）-马氏体其中板条状马氏体和透镜片状马氏体最为常见 1、钢中马氏体的组织形态和亚结构Yuxi ChenHunan Univ.23板条板条状状马氏体马氏体：常见于低碳钢、马氏体时效钢、不锈钢中。其显微组织是由许多成群的板条组成。亚结构为位错，也称位错马氏体。板条马氏体显微组织特征示意图Yuxi ChenHunan Univ.24一个原奥氏体晶粒内可以有35个

11、马氏体板条束。一个板条束内又可以分成几个平行的板条块；板条块间成大角晶界，块界长尺寸方向与板条马氏体边界平行；每个板条块由若干个板条单晶组成，板条单晶的尺寸约为0.55.020m。即：板条单晶板条块板条束马氏体晶粒。稠密的板条单晶之间夹着高度变形的、非常稳定的、厚度约20 nm的残余奥氏体。Yuxi ChenHunan Univ.25亚结构亚结构：高密度位错（0.30.91012个/-2 ），局部也有少量的孪晶。 位向关系：在一个板条束内，马氏体惯习面接近111；马氏体和奥氏体符合K-S 关系Yuxi ChenHunan Univ.26透镜片状马氏体透镜片状马氏体常见于淬火高、中碳钢、及Fe-

12、Ni-C钢。空间形态呈凸透镜片形状，称透镜片状马氏体或片状马氏体，试样磨面相截在显微镜下呈针状或竹叶状，又称针状马氏体或竹叶状马氏体，亚结构为孪晶，也称孪晶马氏体。Yuxi ChenHunan Univ.27显微结构显微结构：马氏体片间相互不平行，先形成的第一片马氏体贯穿整个原奥氏体晶粒，将奥氏体晶粒分成两部分，使后形成的马氏体片大小受到限制，因此马氏体片的大小不同。透镜马氏体显微组织特征Yuxi ChenHunan Univ.28亚结构亚结构：孪晶。孪晶的结合部分的带状薄筋是“中脊”(中脊高密度的相变孪晶区，其形成原因目前尚不清楚)。孪晶间距约为5 nm，一般不扩展到马氏体的边界，马氏体片的

13、边界为复杂的位错；也有的片状马氏体无中脊。位向关系位向关系：片状马氏体惯习面接近225 或259；马氏体和奥氏体符合K-S关系或西山(N)关系。Yuxi ChenHunan Univ.29蝶状马氏体蝶状马氏体：亚结构为位错，没有孪晶。两翼的惯习面为225，两翼的结合面100；马氏体和奥氏体符合K-S关系。Yuxi ChenHunan Univ.30薄片状马氏体薄片状马氏体：亚结构为孪晶。惯习面为259，和奥氏体符合K-S关系。亚结构为112孪晶。与金相试样磨面相截得到宽窄一致的平直的带。存在曲折、分枝和交叉。Yuxi ChenHunan Univ.31- -马氏体马氏体：亚结构为层错，呈薄片状

14、。1）-马氏体极薄，仅100300 nm；2）惯习面为111；3）和奥氏体位相关系为： 0001 /111， /。4）亚结构为大量的层错。Yuxi ChenHunan Univ.32各种各种马氏体马氏体的晶体结构、惯习面、亚结构、位向关系汇总表的晶体结构、惯习面、亚结构、位向关系汇总表Yuxi ChenHunan Univ.332、影响马氏体形态及亚结构的因素、影响马氏体形态及亚结构的因素 化学成分 马氏体形成温度 奥氏体的层错能 奥氏体与马氏体的强度 主要是化学成分和马氏体形成温度Yuxi ChenHunan Univ.34化学成分化学成分：片状马氏体的组织形态随合金成分的变化而改变。对于碳

15、钢： 1）C%0.3%时，板条马氏体； 2）0.3%1.0%时，板条和透镜片状混合的马氏体； 3） C% 1.0%时，全部为透镜片状马氏体。并且 随着C%增加，残余奥氏体的含量逐渐增加。合金元素 1）缩小相区，促进板条马氏体。 2）扩大相区，促进透镜片状马氏体。Yuxi ChenHunan Univ.35马氏体形成温度马氏体形成温度随着马氏体形成温度的降低，马氏体的形态将按下列顺序转化：板条状透镜片状蝶状薄板状；亚结构由位错转化为孪晶。1）Ms点高（C%0.3%）的钢：板条状马氏体；2）Ms点略低的钢：板条状和透镜片状混合的马氏体；3）Ms点更低的钢：板条状马氏体不再能形成，转变 为透镜片状马

16、氏体；4）Ms点极低的钢：片状马氏体不再能形成，转变为 薄板状马氏体。Yuxi ChenHunan Univ.36奥氏体的层错能奥氏体的层错能层错能低时，易于形成薄片状 马氏体。奥氏体与马氏体的强度奥氏体与马氏体的强度1）当奥氏体屈服强度小于196 MPa时，如形成的马氏体的强度较高，则得到惯习面近111的板条马氏体；如马氏体强度较高，则得到惯习面为225的透镜片状马氏体。2）当奥氏体屈服强度大于196 MPa时，则形成惯习面为259的透镜片状马氏体。Yuxi ChenHunan Univ.37相变的驱动力：理论上马氏体相变的驱动力:GV=GMGA0AM，GV必须小于零，即转变温度必须低于T0

17、以下需要过冷度很大，但要满足该条件必须降低到很低温度Ms，Ms点很低。 1 1、FeFeC合金马氏体相变的热力学条件合金马氏体相变的热力学条件Yuxi ChenHunan Univ.38Ms 与To 之间的差值称为热滞热滞。 按照热滞的大小，可将马氏体相变分为三类：1）以FeC合金为代表的由面心立方转变为体心立方（正方）点阵的马氏体相变。这类相变具有最大的热滞。2）以Co合金及奥氏体不锈钢为代表的由面心立方转变为六方点阵的马氏体相变，其相变驱动力较小。3）形成热弹性马氏体的马氏体相变，其热滞最小。 Yuxi ChenHunan Univ.392、Ms 点的物理意义及其影响因素点的物理意义及其影

18、响因素奥氏体和马氏体两相自由能之差达到相变所需的最小驱动力值对应的温度。实际生产中， Ms点非常重要。对于一定成分的合金，T0一定，Ms越低，则两者之差越大，相变所需的驱动力越大。反之，相变所需的驱动力越小。Yuxi ChenHunan Univ.40影响Ms点的主要因素： 化学成分（最主要的因素） 奥氏体化条件 冷却速度 弹性应力和塑性形变 预组织转变 磁场Yuxi ChenHunan Univ.41奥氏体化学成分的影响奥氏体化学成分的影响化学成分的影响以C%的影响最为明显碳含量的影响碳含量的影响C%增加，Ms 和Mf均下降，马氏体转变温度区间移向低温，残余奥氏体量增加。C%增加，Ms呈连续

19、下降趋势，当C%0.6%时，Ms下降比Mf下降显著，当C%增加到C%0.6%时，Mf下降缓慢直至基本不变。Yuxi ChenHunan Univ.42合金元素合金元素合金元素对Ms点影响比较复杂，多种合金元素同时作用的影响和一种合金元素的影响也不相同。总体上：除了Co、Al 提高Ms外，合金元素均降低Ms。强碳化物形成元素加热时溶入奥氏体中很少，对Ms点影响不大。Yuxi ChenHunan Univ.43奥氏体化条件奥氏体化条件奥氏体化条件对Ms影响具有双重性，加热温度高和保温时间长，有利于C 及合金元素的原子充分溶入到奥氏体中（固溶强化），降低Ms 点；但同时引起奥氏体晶粒长大，缺陷减少，

20、晶界强化作用降低，切变阻力减小，Ms点有提高趋势。Yuxi ChenHunan Univ.44冷却速度冷却速度奥氏体在连续冷却时，如果它的冷却速度使奥氏体不可能发生向珠光体类组织的转变，而使奥氏体急速过冷，使奥氏体转变为马氏体。这种获得马氏体转变的最低的冷却速度，称为临界冷却速度临界冷却速度。冷却速度大于临界冷却速度时，奥氏体才能被过冷到Ms点以下而转变成马氏体。Yuxi ChenHunan Univ.45冷却速度的影响目前观点不统一一般认为：淬火速度较低时，即淬火温度较高，“C 原子气团”可以形成足够大尺寸并在缺陷处偏聚，强化奥氏体，使Ms点降低，淬火速度较高时，即淬火温度较低，抑制了“C

21、原子气团”形成，对奥氏体强化作用降低，使Ms点升高。也有人为：高速淬火Ms点升高是淬火应力引起。Yuxi ChenHunan Univ.46弹性应力和塑性形变弹性应力和塑性形变单向弹性拉应力或压应力能促使马氏体的形成，使Ms点升高，即应力促发马氏体。三向压应力将阻止体积膨胀的马氏体的形成，使Ms点下降。在T0为Ms之间，奥氏体在发生塑性变形的同时将转变为马氏体，形变诱发马氏体，简称形变马氏体。Md：可获得形变诱发马氏体的最高温度。Ad：可获得形变诱发奥氏体的最低温度。T0为Md上限温度(理论温度)；也是Ad下限温度 (理论温度)。Yuxi ChenHunan Univ.47形变诱发马氏体转变原

22、理示意图形变补充的机械驱动力化学驱动力自由能温 度Md=马氏体转变驱动力马氏体转变驱动力Yuxi ChenHunan Univ.48预先组织转变预先组织转变若马氏体转变前预先部分转变为珠光体组织，将会使Ms点升高；预先部分转变为贝氏体组织，将会使Ms点降低。原因在于碳含量的不同：相对而言，珠光体富碳，奥氏体贫碳；贝氏体贫碳，奥氏体富碳；碳少， 则Ms较高。Yuxi ChenHunan Univ.49磁场磁场增加磁场只是提高Ms点，对Ms点以下的马氏体转变和总的转变量无影响。转变过程中增加磁场，转变量的增加趋势与未加磁场相同，撤去磁场，转变量又回到未加磁场状态。磁场对Ms点影响与形变诱发马氏体影

23、响相似，增加磁能补充了相变所需的驱动力，使马氏体相变能够产生。Yuxi ChenHunan Univ.50马氏体相变是一个形核和核长大的过程，但是由于其具有转变速度快的特点，研究其动力学转变特点很困难，可以将马氏体转变的动力学分成几种情况。1）降温形成马氏体的动力学2）等温形成马氏体的动力学3）爆发形成马氏体的动力学Yuxi ChenHunan Univ.511、降温形成马氏体的动力学（降温瞬、降温形成马氏体的动力学（降温瞬时形核、瞬间长大）时形核、瞬间长大） 生产实际常见，这类马氏体降温形成，马氏体形成速度极快，特点：马氏体降温瞬间形核，瞬间长大，可以认为马氏体转变速度取决于形核率而与长大速

24、度无关。马氏体转变量取决于冷却所达到的温度，而与时间无关。Yuxi ChenHunan Univ.52降温马氏体相变的动力学特点：降温马氏体相变的动力学特点：1）奥氏体被过冷到Ms点以下，在该温度能够形成的马氏体晶核瞬间即可形成，且需不断降温，马氏体晶核才能不断形成，形成速度极快。2）晶核形成后马氏体的长大速度极快，马氏体长大所需激活能极小。3）一个马氏体单晶长大到一定尺寸后不再长大，马氏体相变的进行是依靠温度进一步降低，形成新的马氏体晶核并长大。Yuxi ChenHunan Univ.532、等温形成马氏体的动力学、等温形成马氏体的动力学特点：马氏体等温形核，瞬间长大，形核需要孕育期，形核率

25、随过冷度增大而先增后减，转变量随等温时间延长而增加。等温转变动力学图呈C字形。马氏体转变速度取决于形核率而与长大速度无关。等温形成马氏体是新产生的马氏体片，而不是已形成马氏体的长大。Yuxi ChenHunan Univ.54相变不能进行到底，只能有部分奥氏体可以等温转变为马氏体。Yuxi ChenHunan Univ.553、爆发形成马氏体、爆发形成马氏体一些Ms点在0oC以下的合金，冷却到Ms点以下一定温度时，在一瞬间（千分之一秒）可剧烈地形成大量马氏体，称为爆发马氏体。特点：自触发形核，瞬间长大，连锁式反应，爆发式转变。Yuxi ChenHunan Univ.56习惯上用Mb表示爆发式马

26、氏体转变时的温度。细晶粒合金爆发转变量较少，晶界是爆发传递的障碍。以上三种相变动力学比较：形成和形核率不同，长大速度均极大Yuxi ChenHunan Univ.574、热弹性马氏体转变动力学、热弹性马氏体转变动力学Au-Gd, Cu-Al合金中的马氏体转变属于热弹性马氏体转变动力学。其特点是马氏体降温形核、降温长大。在一定温度下形成的马氏体核心，瞬间长大到一定尺寸，但这并不是最后尺寸。温度降低时，除了继续生核外，已形成的马氏体积雪长大、加厚，即马氏体变温长大。Yuxi ChenHunan Univ.585、奥氏体稳定化、奥氏体稳定化奥氏体稳定化是指奥氏体在外界因素作用下，由于内部结构发生了某

27、种变化而使奥氏体向马氏体转变呈现迟滞现象。奥氏体稳定化将使冷至室温时的残余奥氏体量增多，从而使硬度降低或零件几何尺寸变得不稳定。包括热稳定化和机械稳定化。Yuxi ChenHunan Univ.59奥氏体热稳定化奥氏体热稳定化淬火时因缓慢冷却或等温停留使冷却暂时中断，引起奥氏体稳定性提高，而使马氏体转变迟滞的现象称为奥氏体热稳定化。C、N原子钉扎位错，强化奥氏体，增加相变阻力。Yuxi ChenHunan Univ.60机械稳定化机械稳定化在Md点以上对奥氏体进行塑性变形，当型变量足够大时，可以引起奥氏体稳定性的提高，使随后冷却时马氏体转变难以进行，Ms点降低，残余奥氏体显著增多，称为奥氏体机

28、械稳定化。塑性变形引入各种晶体缺陷，引起奥氏体稳定性的提高。Yuxi ChenHunan Univ.61无扩散无扩散共格切变共格切变点阵重构是由原子基体的、有规律的微小近程迁动协作完成的，没有成分变化。形核形核长大长大Yuxi ChenHunan Univ.621、马氏体的形核、马氏体的形核非均匀形核，在母相中某些有利位置优先形核。能量起伏及结构起伏的有利位置（缺陷）降温瞬时形核（非热激活形核），不断降温使更小的核胚成为晶核理论1：位错形核；理论2：层错形核等温形核（热激活）目前关于马氏体形核理论仍有争议Yuxi ChenHunan Univ.632、马氏体相变的切变模型、马氏体相变的切变模型

29、1）K-S切变模型2）G-T切变模型1）K-S切变模型：切变模型：具有具有K-S位向关系。位向关系。Yuxi ChenHunan Univ.64Yuxi ChenHunan Univ.652）G-T切变模型：切变模型：两次切变模型。两次切变模型。均匀切变均匀切变：具有具有宏观形变的切变，即切变时不宏观形变的切变，即切变时不仅发生点阵改组，且晶体外形也发生变化仅发生点阵改组，且晶体外形也发生变化。非均匀切变非均匀切变：切变时只是点阵发生改组而外形切变时只是点阵发生改组而外形不发生变化。切变的同时伴随着滑移或者孪生。不发生变化。切变的同时伴随着滑移或者孪生。Yuxi ChenHunan Univ.

30、662）接着在(112)的11-1方向发生1213o的第二次切变，即非均匀切变，使之成为马氏体体心正方点阵。3）最后做微小调整，使得晶面间距符合实验结果。1）在接近259惯习面上发生第一次切变，即均匀切变。点阵改组，晶体产生宏观变形，表面出现浮凸。Yuxi ChenHunan Univ.67高温下马氏体转变以滑移方式，位错低温下马氏体转变以孪生方式，孪晶原因：临界切应力与温度的关系Yuxi ChenHunan Univ.683）马氏体的长大（共格关系，弹性能）马氏体形核后通过切变逐渐长成马氏体片或条。马氏体的长大只需靠近界面处的奥氏体中原子做少量的协同性位移即可转移到马氏体点阵中，故而马氏体转

31、变速度极快。Yuxi ChenHunan Univ.69强度和硬度塑性和韧性马氏体相变诱发塑性其他物理性能高碳钢马氏体的显微裂纹Yuxi ChenHunan Univ.70有色合金马氏体，强度硬度很低；钢中马氏体，强度硬度都很高，韧性塑性较低。钢中马氏体的硬度和强度钢中马氏体的硬度随含碳量的增高而增大，但当C%0.6%，淬火钢的硬度接近最大值，C%进一步增加，残余奥氏体含量增加，硬度值增加缓慢甚至下降。合金元素对马氏体的硬度影响不大。1、马氏体的硬度和强度马氏体的硬度和强度Yuxi ChenHunan Univ.71强度（强化机制）强度（强化机制）相变硬化、固溶强化、时效强化、晶界强化等。固溶

32、强化固溶强化（点阵不仅膨胀，而且畸变）1）起作用的主要是碳原子，合金元素效果不大。2）碳原子固溶于奥氏体强化效果不大，而固溶于马氏体强化效果显著，why?奥氏体八面体为正八面体，碳原子的固溶只引起对称畸变；马氏体中的八面体为扁八面体，碳原子固溶后引起不对称畸变，造成应力场，阻碍位错运动。Yuxi ChenHunan Univ.72相变强化相变强化（大量微观缺陷）马氏体转变时的非均匀切变以及界面附近的塑性变形将在马氏体晶体内造成大量的微观缺陷，使马氏体强化。孪晶的强化效果大于位错等。Yuxi ChenHunan Univ.73时效强化时效强化（碳原子扩散偏聚）碳原子极易扩散，室温下可以通过扩散产

33、生碳原子的偏聚而产生时效强化。晶界强化晶界强化（原始奥氏体晶粒越细小，马氏体板条群越细小）Hell-Pitch公式，即材料屈服强度0.2与晶粒尺寸d 的关系： 0.2 = A + B d 1/2马氏体强度高的原因很多，其中碳原子的固溶碳原子的固溶强化强化起着最主要作用。Yuxi ChenHunan Univ.742、马氏体的塑性和韧性、马氏体的塑性和韧性 1）一般马氏体的塑性和韧性低于下贝氏体、珠光体和铁素体。2）板条状马氏体具有相当的塑性和韧性，而片状马氏体的塑性和韧性较差。马氏体的韧性主要取决于马氏体的亚结构：低碳钢马氏体亚结构为位错；高碳钢马氏体亚结构为孪晶。Yuxi ChenHunan

34、 Univ.75高碳钢片状马氏体的韧性 亚结构为孪晶，有效滑移系少。 碳化物沿孪晶界不均匀析出增加脆性。 马氏体内部存在显微裂纹。Yuxi ChenHunan Univ.76低碳钢板条马氏体的韧性 亚结构为位错，塑性变形时，位错的运动(滑移)比孪生容易进行。而且碳化物优先在位错处形成。 位错网形成的胞状位错亚结构分布不均匀，存在低密度位错区，为位错移动提供了余地，而位错开动可以缓解应力集中提高塑性； 无显微裂纹存在。综上，马氏体的韧性主要取决于亚结构，而亚结构取决于C%。Yuxi ChenHunan Univ.773、马氏体相变诱发塑性、马氏体相变诱发塑性 金属及合金在相变过程中塑性增大，往往

35、在低于母相屈服极限时发生塑性变形，即相变诱发塑性。 马氏体形成可缓解或松弛局部应力集中，防止裂纹形成或者抑制微裂纹扩展，提高塑性和断裂韧性。随着形变马氏体量的增加，形变强化指数提高，变形抗力增加，导致已塑性变形区再发生塑性变形困难，从而抑制颈缩的形成，使随后的变形发生其它部位，提高了塑性变形能力。Yuxi ChenHunan Univ.784、马氏体的物理性能、马氏体的物理性能1）马氏体为铁磁相，C%增加，磁饱和强度降低；2）马氏体电阻较奥氏体和珠光体高。3）马氏体与奥氏体的比容差最大；导致淬火变形、开裂。Yuxi ChenHunan Univ.795、高碳马氏体的显微裂纹、高碳马氏体的显微裂纹 高