马氏体转变.ppt

1、n 马氏体马氏体-碳在碳在-Fe 中的过饱和固溶体。中的过饱和固溶体。n 成分与母相奥氏体相同，为一种亚稳相。成分与母相奥氏体相同，为一种亚稳相。n 碳碳原原子子位位于于-Fe的的bcc扁扁八八面面体体间间隙隙中中心心，即点阵各棱边中央和面心位置。即点阵各棱边中央和面心位置。n 体心正方点阵体心正方点阵 bct-马氏体。马氏体。第第4 4章章 马氏体相变马氏体相变4.1 马氏体的晶体结构马氏体的晶体结构1图图4-1 a)奥氏体的正八面体间隙奥氏体的正八面体间隙 b)马氏体的扁八面体间隙马氏体的扁八面体间隙2n 马氏体点阵常数和碳含量的关系马氏体点阵常数和碳含量的关系c、a、及、及 正方度正方度

2、 c/a 与钢中碳含量成线性关系：与钢中碳含量成线性关系：c=a0+P a=a0-P （4-1）c/a=1+P 其中：其中：a0=2.861（-Fe点点阵阵常数）常数）、为为常数常数 P-马马氏体的含碳量（氏体的含碳量（wt%）3图图4-2 点阵常数与碳含量的关系点阵常数与碳含量的关系4 c/a=1+0.046 P （4-2）n 碳原子在马氏体点阵中的分布：碳原子在马氏体点阵中的分布：碳碳原原子子发发生生有有序序分分布布，80%优优先先占占据据c轴轴方方向向的的八八面面体体间间隙隙位位置置，20%占占据据其其它它两两个个方方向向的的八八面面体体间间隙隙位位置置，此此时时出出现现（4-2）式式的

3、的正正方度。方度。n 马氏体的正方度5（1）马氏体相变的无扩散性）马氏体相变的无扩散性n 钢钢中中马马氏氏体体相相变变时时无无成成分分变变化化，仅仅发发生生点点阵改组。阵改组。n 可可以以在在很很低低的的温温度度范范围围内内进进行行，并并且且相相变变速度极快。速度极快。n 原原子子以以切切变变方方式式移移动动，相相邻邻原原子子的的相相对对位位移不超过原子间距，近邻关系不变。移不超过原子间距，近邻关系不变。4.2 马氏体相变的主要特征马氏体相变的主要特征6图图4-3 马氏体形成时引起的表面倾动马氏体形成时引起的表面倾动 表面浮凸现象表面浮凸现象倾动面倾动面（2）表面浮凸现象和不变平面应变7图图4

4、-4 直线划痕直线划痕的变形情况的变形情况 （a）实验结果）实验结果 （b）在界面处失去共格）在界面处失去共格 （c）划痕扭曲）划痕扭曲8 马马氏氏体体往往往往在在母母相相的的一一定定晶晶面面上上开开始始形形成成，这这一一定定的的晶晶面面即即称称为为惯惯习习面面。马马氏氏体体和和母母相相的的相相界界面，中脊面都可能成为惯习面。面，中脊面都可能成为惯习面。钢钢 中中：0.5%C，惯惯 习习 面面 为为 111，0.51.4%C，为为225，1.51.8%C，为，为259。直直线线划划痕痕在在倾倾动动面面处处改改变变方方向向，但但仍仍保保持持连连续续，且且不不发发生生扭扭曲曲。说说明明马马氏氏体体

5、与与母母相相保保持持切切变变共共格格，惯惯习习面面未未经经宏宏观观可可测测的的应应变变和和转转动动，即即惯惯习习面面为为不变平面不变平面。惯习面和不变平面9 倾动面一直保持为平面。倾动面一直保持为平面。发发生生马马氏氏体体相相变变时时，虽虽发发生生了了变变形形，但但原原来来母母相相中中的的任任一一直直线线仍仍为为直直线线，任任一一平平面面仍仍为平面，这种变形即为均匀切变。为平面，这种变形即为均匀切变。造造成成均均匀匀切切变变且且惯惯习习面面为为不不变变平平面面的的应应变变即为不变平面应变。即为不变平面应变。不变平面应变 10不变平面不变平面图图4-5 三种不变平面应变三种不变平面应变 a）膨胀

6、）膨胀 b）孪生时的切变）孪生时的切变 c）马氏体相变时）马氏体相变时-切变切变+膨胀膨胀11n 相变以共格切变方式进行所至。相变以共格切变方式进行所至。K-S 关系：关系：111110M ;M n由由于于3个个奥奥氏氏体体方方向向上上(每每个个方方向向上上有有2种种马马氏氏体体取取向向)可可能能有有6种种不不同同的的马马氏氏体体取取向向,而而奥奥氏氏体体的的 111 晶晶面面族族中中又又有有4种种晶晶面面，从而马氏体共有从而马氏体共有24种取向种取向（变体）。（变体）。（3）马氏体和奥氏体具有一定的位向关系12 111110M ;M n 按按西西山山关关系系，在在每每个个111面面上上，马马

7、氏氏体体可可能能有有3种种取取向向，故故马马氏氏体体共共有有12种种取取 向向（变体）。（变体）。西山关系：西山关系：13 G-T关系：关系：和和 K-S关系略有偏差关系略有偏差 111110M 差差10 M 差差20 K-S关系和西山关系的比较：关系和西山关系的比较：晶面关系相同，只是晶面内的方向相差晶面关系相同，只是晶面内的方向相差 5016。14图图4-10 转变量转变量-时间关系时间关系 （4）马氏体相变的变温性）马氏体相变的变温性MS-马氏体相变开始点。马氏体相变开始点。Mf-马氏体相变终了点。马氏体相变终了点。n MS 点点以以下下，无无需需孕孕育育，转转变变立立即即开开始始，且且

8、以以极极大大速速度度进进行行，但但很很快快停停止止，不不能能进进行行到到终终了了，需需进进一一步降温。步降温。15图图4-11 转变量转变量-温度关系温度关系n 在在Mf点点以以下下，虽虽然然 转转 变变 量量 未未 达达 到到100%，但但转转变变已已不不能进行。能进行。n 如如Mf点点低低于于室室温温，则则淬淬火火到到室室温温将将保保留留相相当当数数量量的的未未转转变变奥奥氏氏体体，称称为为残残余奥氏体。余奥氏体。16n A M Ms,Mf ;As,Af ;As Ms n 钢中中马氏氏体体加加热时，容容易易发生生回回火火分分解解，从从马氏体中析出碳化物。氏体中析出碳化物。n Fe-0.8%

9、C钢以以5000/S快快速速加加热，抑抑制制回回火火转变，则在在590600发生逆生逆转变。（5）马氏体相变的可逆性174.3.1 板条马氏体板条马氏体n 在在低低、中中碳碳钢钢，马马氏氏体体时时效效钢钢中中出出现现，形成温度较高。形成温度较高。n 基基本本单单元元板板条条为为一一个个单晶体。个个单晶体。图图4-12 板条马氏体示意图板条马氏体示意图4.3 马氏体的形态及其亚结构18 许许多多相相互互平平行行的的板板条条组组成成一一个个板板条条束束，它它们们具具有相同的惯习面。有相同的惯习面。板板条条马马氏氏体体的的惯惯习习面面为为111，位位向向关关系系为为K-S关关系系。由由于于有有四四个

10、个不不同同的的111面面，所所以以一一个个奥奥氏体晶粒内可能形成四种氏体晶粒内可能形成四种马氏体板条束马氏体板条束。每每个个惯惯习习面面上上可可能能有有六六种种不不同同的的取取向向，板板条条束束内内具具有有相相同同取取向向的的小小块块称称为为板板条条块块，常常常常呈呈现现为为黑白相间的块。黑白相间的块。19 板板条条马马氏氏体体的的亚亚结结构构为为高高密密度度位位错错，所所以以板板条马氏体也称为位错马氏体条马氏体也称为位错马氏体。不不呈呈孪孪晶晶关关系系的的板板条条间间存存在在一一层层残残余余奥奥氏氏体体薄薄膜膜，这这种种微微量量的的残残余余奥奥氏氏体体对对板板条条马马氏氏体体的的韧性贡献很大

11、。韧性贡献很大。呈呈孪孪晶晶关关系系的的板板条条间间就就不不存存在在这这种种残残余余奥奥氏氏体薄膜。体薄膜。20图图4-13 （a）板条马氏体）板条马氏体 （b）片状马氏体）片状马氏体21图图4-14 片状马氏体示意图片状马氏体示意图225或或 259n 在在中中、高高碳碳钢钢，高高镍镍的的Fe-Ni合合金金中中出出现现，形形成成温温度较低。度较低。4.3.2 片状马氏体片状马氏体形成22 先先形形成成的的第第一一片片马马氏氏体体横横贯贯整整个个奥奥氏氏体体晶晶粒粒，使使后后形形成成的的马马氏氏体体片片的的大大小小受受到到限限制制。后后形形成成的的马马氏氏体体片片，则则在在奥奥氏氏体体晶晶粒粒

12、内内进进一一步步分分割割奥奥氏氏体体晶晶粒粒，所所以以后后形形成成的的马马氏氏体体片片越来越短小。越来越短小。片片状状马马氏氏体体的的立立体体外外形形呈呈双双凸凸透透镜镜状状，多多数数马马氏氏体体片片的的中中间间有有一一条条中中脊脊面面，相相邻邻马马氏氏体体片片互互不不平平行行，大大小小不不一一，片片的的周周围围有有一一定定量的残余奥氏体。量的残余奥氏体。23 惯惯习习面面：随随形形成成温温度度的的下下降降，由由225变变为为259，位向关系由，位向关系由K-S关系变为西山关系。关系变为西山关系。亚亚结结构构为为细细小小孪孪晶晶，一一般般集集中中在在中中脊脊面面附附近近，片片的的边边缘缘为为位

13、位错错。随随形形成成温温度度下下降降，孪孪晶区扩大。晶区扩大。马马氏氏体体片片互互成成交交角角，后后形形成成的的马马氏氏体体片片对对先先形形成成的的马马氏氏体体片片有有撞撞击击作作用用，接接触触处处产产生生显微裂纹。显微裂纹。24（1）Ms点点n Ms点高点高-形成板条马氏体。形成板条马氏体。Ms点低点低-形成片状马氏体。形成片状马氏体。n C%Ms 板条板条M 板条板条M+片状片状M 片状片状M 位错位错M 孪晶孪晶M4.3.3 影响马氏体形态及其亚结构的因素影响马氏体形态及其亚结构的因素25图图4-15 滑移和孪生的临界分切应力与温度的关系滑移和孪生的临界分切应力与温度的关系（2）奥氏体与

14、马氏体的强度26n 当当马马氏氏体体在在较较高高温温度度形形成成时时，滑滑移移的的临临界界分分切切应应力力较较低低，滑滑移移比比孪孪生生更更易易于于发发生生，从从而而在在亚亚结结构构中中留留下下大大量量位位错错，形形成成亚亚结结构构为位错的板条马氏体为位错的板条马氏体。n 由由于于温温度度较较高高，奥奥氏氏体体和和马马氏氏体体的的强强度度均均较较低低。相相变变时时，相相变变应应力力的的松松驰驰可可以以同同时时在在奥奥氏氏体体和和马马氏氏体体中中以以滑滑移移方方式式进进行行，故故惯惯习面为习面为(111)。27n 随随着着形形成成温温度度的的下下降降，孪孪生生的的临临界界分分切切应应力力较较低低

15、，变变形形方方式式逐逐渐渐过过渡渡为为以以孪孪生生进进行行，形形成成亚结构为孪晶的片状马氏体。亚结构为孪晶的片状马氏体。n 若若奥奥氏氏体体的的S低低于于206MPa，应应力力在在奥奥氏氏体体中中以以滑滑移移方方式式松松弛弛。由由于于形形成成的的马马氏氏体体强强度度较较高高，应应力力在在马马氏氏体体中中只只能能以以孪孪生生方方式式松松弛弛，则则形成惯习面为形成惯习面为(225)的片状马氏体。的片状马氏体。n 若若奥奥氏氏体体的的S超超过过206MPa，相相变变应应力力在在两两相相中中均均以以孪孪生生方方式式松松弛弛，则则形形成成惯惯习习面面为为(259)的片状马氏体。的片状马氏体。28n C%

16、0.2%的的 低低 碳碳 钢钢、低低 碳碳 低低 合合 金金 钢钢，如如20#、15MnVB钢钢等等，组组织织为为板板条条马马氏氏体体，具具有有高高强强度度、高高韧韧性性、低的冷脆转化温度。低的冷脆转化温度。4.3.4 工业用钢淬火马氏体的金相形态工业用钢淬火马氏体的金相形态（1）低碳钢中的马氏体）低碳钢中的马氏体29 如如45#、40Cr 钢钢等等，淬淬火火后后为为板板条马氏体条马氏体+片状马氏体的混合组织。片状马氏体的混合组织。由由于于通通常常选选用用较较低低的的奥奥氏氏体体化化温温度度，淬淬火火后后获获得得的的组组织织极极细细，光光学学显微镜较难分辨。显微镜较难分辨。（2）中碳结构钢中的马氏体）中碳结构钢中的马氏体30n 如如 T8、T12钢，为片状马氏体。钢，为片状马氏体。n 通通常常采采用用不不完完全全加加热热淬淬火火（在在Ac1稍稍上上加加热热，保保留留一一定定量量未未溶溶渗渗碳碳体体颗颗粒粒），获获得得隐隐晶晶马马氏氏体体+渗渗碳碳体体颗颗粒粒的的混混合合组织。组织。n 隐隐晶晶马马氏氏体体极极细细，光光学学显显微微镜镜较较难难分辨。分辨。（3）高碳工具钢中的马氏体）高碳