哈工大金属学与热处理上课课件10
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△GV---马氏体与奥氏体的体积化学自由能差 （动力△GV = Gα - Gγ）
△GS ---形成马氏体时所增加的界面能 （阻力，较小）
△Ge---形成奥氏体时所增加的应变能
马氏体转变
马氏体转变
2. 马氏体转变晶体学特点：
（1）无扩散性：
碳浓度完全相同; 过冷度大; 转变速度极快
(-20～-195℃之间,5×10-5～ 5×10-7 S)
马氏体转变
马氏体定义： 碳溶于α-Fe中的过饱和间隙固溶体，记为M。
(1895年法国人F.Osmond为纪念德国冶金学家A.Martens)
马氏体的晶体结构： 体心正方晶格
马氏体转变
马氏体正方度：
正方度: 轴比 c/a 称为马氏体的正方度.取决于含碳量. 表示马氏体中碳的过饱和程度.
板条马氏体
马氏体转变 马氏体的性能
C. 比容大;电阻高; 具有铁磁性和高矫顽力。
马氏体转变 马氏体的性能特点
a. 高硬度和高强度； b. 高的塑、韧性--板条马氏体；
脆性较大--片状马氏体； C. 比容大;电阻高; 具有铁磁性和高矫顽力。
马氏体转变
四、马氏体转变特点：
1、马氏体转变热力学特点
马氏体形成的热力学条件----△G ＜ 0 奥氏体形成时系统总的自由能变化为 △G = △GV + △GS + △Ge
<111>α’‖<110>γ N关系：
（Nishiyama）
{110}α’‖{111}γ;
<110>α’‖<211>γ
惯习面: 马氏体在奥氏体特定晶
面上形成,称为～. Wc≤0.5%----{111}γ 0.5 %≤ Wc≤1.4%-- {225}γ Wc ≥ 1.4%---- {259}γ
马氏体转变
b.马氏体的塑、韧性
马氏体的性能
马氏体转变
马氏体的塑性和韧性:
主要取决于马氏体的亚结构。
板条马氏体有相当高的塑、韧性。其主要原因是胞状
位错亚结构中位错存在低密度位错区，有利于韧性；含碳 量低，碳化物分布均匀。
片状马氏体脆性较大。其主要原因是孪晶亚结构的存
在，大大减少了有效滑移系；片状马氏体中含碳量高，晶 格畸变大，同时马氏体高速形成时互相撞击使得片状马氏 体中存在许多显微裂纹。
马氏体转变
2. 马氏体转变晶体学特点：
（2）切变性：
马氏体转变
马氏体转变
2. 马氏体转变晶体学特点：
（3）共格性： 新相和母相的点阵间保持共格关系
马氏体转变
马氏体转变
2. 马氏体转变晶体学特点：
（4） 严格的位相关系和惯习面
K-S关系： （Курдюмов和Sachs）
{110}α’‖{111}γ;
带有中脊面的片状马氏体显微组织（500×）
马氏体转变
片状马氏体中的显微裂纹（500×）（P195）
马氏体转变 影响马氏体形态的因素 ：
(1). 含碳量
马氏体转变 影响马氏体形态的因素 ：
(2)合金元素
马氏体转变
马氏体转变
马氏体转变
马氏体转变 马氏体的性能
a. 马氏体的硬度和强度:
马氏体转变
马氏体转变
马氏体应用实例: (5)日常生活
宝剑 钢钉 菜刀
马氏体转变
马氏体相变强化机制:
a. 固溶强化: 首先是碳对马氏体的固溶强化。过饱和的间隙原子 碳在α相晶格中造成晶格的正方畸变，形成一个很强的应力场， 该应力场阻碍位错的运动，从而提高马氏体的强度和硬度。 b. 相变强化: 马氏体转变时，在晶体内造成晶格缺陷密度很高的 亚结构。如板条马氏体中高密度的位错、片状马氏体中的孪晶 等，这些缺陷都将阻碍位错的运动，使马氏体得到强化。 c. 时效强化: 马氏体形成以后，在随后的放置过程中，碳和其它 合金元素的原子会向位错线等缺陷处扩散而产生偏聚，使位错 难以运动，从而造成马氏体的强化。 d. 晶界强化: 通常情况下，原始奥氏体晶粒越细小，所得到的马 氏体板条束也越细小，而马氏体板条束阻碍位错的运动，使马 氏体得到强化。
马氏体转变
TEM：透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope ） SEM： 扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope ）
马氏体转变 板条马氏体显微组织示意图
片状马氏体
马氏体转变
P194
马氏体转变
片状马氏体显微组织示意图
马氏体转变
马氏体转变
马氏体转变
3. 马氏体转变的动力学特点：
(1)降温转变: 马氏体转变量是在Ms~Mf温度范围内，通过不断降温来增加的。
马氏体转变
3. 马氏体转变的动力学特点：
(2)奥氏体稳定化:
在外界因素作用下, Ms降低和Ar 量增加的转变迟滞现象.
1)热稳定化: .Mc 2)机械稳定化:
• 相变强化机械稳定化----体积膨胀,塑性 变形
马氏体转变定义：
钢从奥氏体状态快速冷却，抑制其扩散分解， 在较低温度下（低于Ms点）发生的转变。
马氏体转变条件：
1. 钢从奥氏体状态快速冷却----VC 2. 在较低温度下----低于Ms点
马氏体转变的含义 ：
是指钢从奥氏体状态快速冷却(即淬火)而发生的无扩散型 相变，转变产物称为马氏体。是热处理强化的主要手段。
作业
马氏体转变
1. 什么是马氏体？何谓马氏体的正方度？ 马氏体的晶体结构如何？ 2.试述钢中马氏体组织形态及亚结构，影 响马氏体组织的因素是什么？ 3.为什么钢中板条马氏体具有较好的强韧 性，而片状马氏体的塑、韧性较差？
4.钢中马氏体的硬度主要与什么因素有关
？合金元素的影响如何？
7.3碳钢冷却时的组织转变---马氏体转变
马氏体转变
马氏体应用实例: (3)高碳钢(Wc＞0.60%) 方法: 低温快速、短时加热淬火 组织: M板条 性能: 高强性 典型零件: 工具钢、轴承钢、模具钢
马氏体转变
马氏体应用实例: (4)焊接方面 焊接结构件----桥梁用钢 性能：刚度好，强度较高，冷脆倾向小 钢种：低碳 使用状态：热轧（正火）；特殊 淬火回火
• 形变强化机械稳定化----形变诱发马氏 体相转变的可逆性:
在某些铁基合金中,奥氏体可以在冷却时转变为马 氏体，而已形成的马氏体重新加热时又能无扩散地转变 为奥氏体的现象。
马氏体转变
马氏体应用实例: (2)中碳钢(Wc: 0.30～0.60%) 方法: 高温加热淬火 组织: M板条 性能: 高的强韧性 典型零件: 轴类、齿轮、连杆、衬套、弹簧钢等
马氏体的性能
a. 马氏体的硬度和强度:
钢中马氏体力学性能的显著特点是具有高硬 度和高强度。
马氏体的硬度主要取决于马氏体的含碳量。 合金元素对马氏体的硬度影响不大，但它提高马 氏体的强度
马氏体转变
马氏体的性能
马氏体相变强化机制:
a. 固溶强化: b. 相变强化: c. 时效强化: d. 晶界强化:
马氏体转变 马氏体的性能
△GS ---形成马氏体时所增加的界面能 （阻力，较小）
△Ge---形成奥氏体时所增加的应变能
马氏体转变
马氏体转变
2. 马氏体转变晶体学特点：
（1）无扩散性：
碳浓度完全相同; 过冷度大; 转变速度极快
(-20～-195℃之间,5×10-5～ 5×10-7 S)
马氏体转变
马氏体定义： 碳溶于α-Fe中的过饱和间隙固溶体，记为M。
(1895年法国人F.Osmond为纪念德国冶金学家A.Martens)
马氏体的晶体结构： 体心正方晶格
马氏体转变
马氏体正方度：
正方度: 轴比 c/a 称为马氏体的正方度.取决于含碳量. 表示马氏体中碳的过饱和程度.
板条马氏体
马氏体转变 马氏体的性能
C. 比容大;电阻高; 具有铁磁性和高矫顽力。
马氏体转变 马氏体的性能特点
a. 高硬度和高强度； b. 高的塑、韧性--板条马氏体；
脆性较大--片状马氏体； C. 比容大;电阻高; 具有铁磁性和高矫顽力。
马氏体转变
四、马氏体转变特点：
1、马氏体转变热力学特点
马氏体形成的热力学条件----△G ＜ 0 奥氏体形成时系统总的自由能变化为 △G = △GV + △GS + △Ge
<111>α’‖<110>γ N关系：
（Nishiyama）
{110}α’‖{111}γ;
<110>α’‖<211>γ
惯习面: 马氏体在奥氏体特定晶
面上形成,称为～. Wc≤0.5%----{111}γ 0.5 %≤ Wc≤1.4%-- {225}γ Wc ≥ 1.4%---- {259}γ
马氏体转变
b.马氏体的塑、韧性
马氏体的性能
马氏体转变
马氏体的塑性和韧性:
主要取决于马氏体的亚结构。
板条马氏体有相当高的塑、韧性。其主要原因是胞状
位错亚结构中位错存在低密度位错区，有利于韧性；含碳 量低，碳化物分布均匀。
片状马氏体脆性较大。其主要原因是孪晶亚结构的存
在，大大减少了有效滑移系；片状马氏体中含碳量高，晶 格畸变大，同时马氏体高速形成时互相撞击使得片状马氏 体中存在许多显微裂纹。
马氏体转变
2. 马氏体转变晶体学特点：
（2）切变性：
马氏体转变
马氏体转变
2. 马氏体转变晶体学特点：
（3）共格性： 新相和母相的点阵间保持共格关系
马氏体转变
马氏体转变
2. 马氏体转变晶体学特点：
（4） 严格的位相关系和惯习面
K-S关系： （Курдюмов和Sachs）
{110}α’‖{111}γ;
带有中脊面的片状马氏体显微组织（500×）
马氏体转变
片状马氏体中的显微裂纹（500×）（P195）
马氏体转变 影响马氏体形态的因素 ：
(1). 含碳量
马氏体转变 影响马氏体形态的因素 ：
(2)合金元素
马氏体转变
马氏体转变
马氏体转变
马氏体转变 马氏体的性能
a. 马氏体的硬度和强度:
马氏体转变
马氏体转变
马氏体应用实例: (5)日常生活
宝剑 钢钉 菜刀
马氏体转变
马氏体相变强化机制:
a. 固溶强化: 首先是碳对马氏体的固溶强化。过饱和的间隙原子 碳在α相晶格中造成晶格的正方畸变，形成一个很强的应力场， 该应力场阻碍位错的运动，从而提高马氏体的强度和硬度。 b. 相变强化: 马氏体转变时，在晶体内造成晶格缺陷密度很高的 亚结构。如板条马氏体中高密度的位错、片状马氏体中的孪晶 等，这些缺陷都将阻碍位错的运动，使马氏体得到强化。 c. 时效强化: 马氏体形成以后，在随后的放置过程中，碳和其它 合金元素的原子会向位错线等缺陷处扩散而产生偏聚，使位错 难以运动，从而造成马氏体的强化。 d. 晶界强化: 通常情况下，原始奥氏体晶粒越细小，所得到的马 氏体板条束也越细小，而马氏体板条束阻碍位错的运动，使马 氏体得到强化。
马氏体转变
TEM：透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope ） SEM： 扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope ）
马氏体转变 板条马氏体显微组织示意图
片状马氏体
马氏体转变
P194
马氏体转变
片状马氏体显微组织示意图
马氏体转变
马氏体转变
马氏体转变
3. 马氏体转变的动力学特点：
(1)降温转变: 马氏体转变量是在Ms~Mf温度范围内，通过不断降温来增加的。
马氏体转变
3. 马氏体转变的动力学特点：
(2)奥氏体稳定化:
在外界因素作用下, Ms降低和Ar 量增加的转变迟滞现象.
1)热稳定化: .Mc 2)机械稳定化:
• 相变强化机械稳定化----体积膨胀,塑性 变形
马氏体转变定义：
钢从奥氏体状态快速冷却，抑制其扩散分解， 在较低温度下（低于Ms点）发生的转变。
马氏体转变条件：
1. 钢从奥氏体状态快速冷却----VC 2. 在较低温度下----低于Ms点
马氏体转变的含义 ：
是指钢从奥氏体状态快速冷却(即淬火)而发生的无扩散型 相变，转变产物称为马氏体。是热处理强化的主要手段。
作业
马氏体转变
1. 什么是马氏体？何谓马氏体的正方度？ 马氏体的晶体结构如何？ 2.试述钢中马氏体组织形态及亚结构，影 响马氏体组织的因素是什么？ 3.为什么钢中板条马氏体具有较好的强韧 性，而片状马氏体的塑、韧性较差？
4.钢中马氏体的硬度主要与什么因素有关
？合金元素的影响如何？
7.3碳钢冷却时的组织转变---马氏体转变
马氏体转变
马氏体应用实例: (3)高碳钢(Wc＞0.60%) 方法: 低温快速、短时加热淬火 组织: M板条 性能: 高强性 典型零件: 工具钢、轴承钢、模具钢
马氏体转变
马氏体应用实例: (4)焊接方面 焊接结构件----桥梁用钢 性能：刚度好，强度较高，冷脆倾向小 钢种：低碳 使用状态：热轧（正火）；特殊 淬火回火
• 形变强化机械稳定化----形变诱发马氏 体相转变的可逆性:
在某些铁基合金中,奥氏体可以在冷却时转变为马 氏体，而已形成的马氏体重新加热时又能无扩散地转变 为奥氏体的现象。
马氏体转变
马氏体应用实例: (2)中碳钢(Wc: 0.30～0.60%) 方法: 高温加热淬火 组织: M板条 性能: 高的强韧性 典型零件: 轴类、齿轮、连杆、衬套、弹簧钢等
马氏体的性能
a. 马氏体的硬度和强度:
钢中马氏体力学性能的显著特点是具有高硬 度和高强度。
马氏体的硬度主要取决于马氏体的含碳量。 合金元素对马氏体的硬度影响不大，但它提高马 氏体的强度
马氏体转变
马氏体的性能
马氏体相变强化机制:
a. 固溶强化: b. 相变强化: c. 时效强化: d. 晶界强化:
马氏体转变 马氏体的性能