《材料工程基础讲》PPT课件

4．马氏体转变的位向关系和惯习面
1）取向关系 钢中M与A中已经发现的晶体学取向关系有K－S关系、西山
（N）关系和G－T关系等。 K－S关系 Kurdjumov和Sachs采用X－射线极图法测出1.4％C
钢中M（α’）和A（γ）之间存在的取向关系为： {110}α’∥{111}γ,<111>α’∥<110>γ。在{111}γ晶面族中每 个晶面M可能有6种不同取向，而立方点阵的{111}γ晶面族中可能 有4种晶面，故M在A中总共可能有24种取向。
碳原子在点阵中的可能位置是α-Fe体 心立方晶胞的各棱边的中央和面心处→ 由铁原子组成的扁八面体的空隙。
体心立方点阵中的八面体不是正八面体，而是扁八面体。 在八面体的三个轴中有一个是短轴。在短轴方向上的空 隙为3.8×10－2nm，碳原子直径0.154nm。在平衡状态下 碳在α-Fe中的溶解度0.006%C。M转变成分不变，碳原 子仍固溶在α-Fe的点阵中而形成过饱和的间隙固溶体。
<111>α’∥<110>γ差2o。 2）惯习面 由于M转变是以共格区别的方式进行的，所以M相变时的惯习面 也就是两相的交界面，即共格面。正因如此，惯习面应是不畸变平 面，即不发生畸变和转动。钢中M的惯习面随碳含量的不同而异， 常见的有三种： 碳含量＜0.6%为{111}γ，0.6～1.4%为{225}γ，＞1.4%为 {259}γ。 另外，随M形成温度的下降，惯习面向高指数变化，例如碳含量 较高的A在较高温度形成的M的惯习面为{225}γ，而在较低温度形 成的M的惯习面为{259}γ。由于M的惯习面不同，将会带来M组织 形态上的差异。
§4－1 马氏体转变的主要特征 M转变是在低温下进行的一种转变。 1．转变的非恒温性 转变是在某一特定的温度Ms以下才发生的，当到达某一温度时 便以极大的速度形成一定数量的M。 转变量是温度的函数。 转变具有的不完全性 ——残余奥氏体Ar。 M有可能爆发形成 。 少数M——等温转变。
2．转变的共格性和表面浮凸现象 浮凸效应 在预先磨光的表面上刻划的直线STS’在转变后既不弯曲，也不折
在α-Fe点阵八面体中心的碳原子使扁八面体发生畸 变：短轴伸长，长轴缩短。把所有的八面体按短轴的取 向分为三组：短轴平行于X轴的称为X取向，其中心称为X 位置。同样，短轴平行于Y（Z）轴的称为Y（Z）取向， 其中心称为Y（Z）位置。
断，而是形成了折线ST’TS’—— 表面浮凸表明，M转变是通过切 变的方式实现的。 M和A间界面上的原子为两相所 共有，新母相间保持共格关系。 界面是以切变维持的共格界面—— 切变共格界面。M的长大是靠母 相中原子作有规律的迁移，使界 面推移而不改变界面上共格关系的结果。
共格界面的界面能γ↓，弹性应变能E↑，随着M的形成其周围A 点阵中产生一定的E，从而积蓄一定的E，而且E随M尺寸的增大而 增大。 M长大到一定尺寸，使界面上A中弹性应力超过其弹性极限 时，两相间的共格关系即遭破坏，这时M便停止长大。
第四章 马氏体转变 M是碳溶于α－Fe而形成的过饱和固溶体。 碳在α－Fe中的过饱和间隙固溶体，M转变产物是硬而脆的。 Fe-Ni、Fe-Mn合金以及许多有色金属及合金中也发现了M转变。不 仅观察到了冷却过程中发生M转变，还观察到了加热过程中所 发生的M逆转变。 M转变的定义为：在冷却过程中所发生的M转变的产物统称为M。 M转变和其它转变不同点的基础上又进一步认识到M转变和其它 转变的共同点，由此确定了M转变与一般固态相变之间的一系列共 同特征，可以从固态转变一般规律来认识M转变，而在M转变进行 的条件中去寻求M转变与一般固态转变的不同点的原因。 不仅在金属材料中有M转变，在陶瓷材料、有机材料，甚至生物材 料中都有M类型的转变。基于这个认识，把M转变定义为：凡符合 M转变基本特征的转变统称为M转变。
§4－2 马氏体转变的晶体学 Fe-C合金M是由A直接转变的，M与A的成分完全相
同。X－射线分析证实，M是碳在α-Fe中的过饱和固溶 体，以α’表示。α-Fe是体心立方点阵→溶碳量↓↓→碳 在α-Fe中处于过饱和状态。 1．马氏体的晶胞及点阵常数
A—fcc，碳原子位于铁原子所组成的 正八面体中心。M转变→fcc的A通过切 变→体心立方的α-Fe。碳原子仍然停 留在六个铁原子所组成的八面体中心。
Fra Baidu bibliotek
5．转变的可逆性 冷却时，高温相可以通过M转变而转变为M。同样，加热时M也
可以通过M转变而转变为高温相，即M转变具有可逆性。一般称加 热时的M转变为逆转变。逆转变与冷却时所发生的M转变具有相同 的特点。与冷却时的Ms及Mf相对应，逆转变时也有转变开始温度 As及转变终了温度Af。As较Ms为高，两者之差视合金而异，如AuCd ,Ag-Cd等合金较小，仅20～50℃，而Fe-Ni等合金就很大，大于 400℃。对钢来说，在一般情况下观察不到M的逆转变，这是因为M 被加热时在温度尚未到达As点的过程中已发生了分解（回火），因 而不存在直接转变为A的可能性。只有在采用极快的加热速度，使 之来不及分解的情况下才会发生逆转变。据报导，含0.8%C钢以 5000℃/s的速度加热时，可以在590～600℃发生逆转变。
西山（Nishiyama）关系 {011}α’∥{111}γ,
<011>α’∥<211>γ 与K－S关系相比，两者的晶面
平行关系相同，但晶向平行关系 却相差5o16’。在{111}γ晶面族 中每个晶面上马氏体只可能有3种
不同的取向，故马氏体在奥氏体 中总共可能有12种取向。
G－T关系 Greninger和Troiano精确地测量了Fe-0.8C-22Ni合金 奥氏体单晶中M的取向，发现K－S关系中的平行晶面和晶向实际上 还略有偏差，即：{110}α’∥{111}γ差1o,
3．马氏体转变的无扩散性 实验表明，Fe-Ni合金在极低的温度（－196℃）下，M长大速 度仍可达到105cm/s数量级。足以证实，M转变时铁原子的迁移不 可能超过一个原子间距，即相变不可能以扩散的方式进行。 另外，M中的碳含量与原A完全一致，表明M转变时也没有发生 碳的扩散。因此，M转变属于无扩散型相变。这是它与其它类型相 变区别的一个重要特点。