马氏体相变

马氏体相变
12.1 马氏体相变的基本特征 12.2 马氏体相变热力学（重点） 12.3 马氏体相变动力学 12.4 马氏体的回火（重点） 12.5 马氏体时效钢的钢化机制分析
12.1 马氏体相变的基本特征
➢ 无扩散性 ➢ 非恒温性和不完全性 ➢ 切变共格性和表面浮凸现象 ➢ 晶体学位向关系 ➢ 马氏体的组织形态与亚结构 ➢ 奥氏体的热稳定化 ➢ 形变诱发马氏体转变 ➢ 过冷奥氏体的机械稳定化 ➢ 形状记忆效应
➢ 对于碳钢： • C%＜0.3%时，板条束和板条块比较清楚； • 0.3%＜C%＜0.5%时，板条束清楚而板条块不清楚； • 0.6%＜C%＜0.8 %时，无法辨认板条束和板条块，板条组织逐渐消失
并向片状马氏体组织过渡。
➢ 与奥氏体晶粒的关系： 奥氏体晶粒越大，板条束越大，而一个原奥氏体晶粒内板条束个数基 本不变，奥氏体晶粒大小对板条宽度几乎没影响。
西山关系：
{111}A∥{110}M ; <112>A∥<110>M
按西山关系，在每个 {111}A面上，马氏 体可能有3种取向， 故马氏体共有12种取 向（变体）。
奥氏体 (111)面上马氏体的三种不同西山取向
12.1.5 马氏体的组织形态与亚结构
板条马氏体
片状马氏体
马
氏
蝶状马氏体
体
薄板状马氏体
K-S 关系：

{110}M //{111}A；<111>M//<110>A
由于3个奥氏体
501
<110>γ方向上(每个方
6’
向上有2种马氏体取向)可
能有6种不同的马氏体取
向,而奥氏体的 {111}γ 晶 面族中又有4种晶面，从
而马氏体共有24种取向 （变体）。
奥氏体 (111)面上马氏体的六种不同K-S取向
第十二章
固态相变——马氏体相变
• 马氏体转变：奥氏体γ从高温冷却时，若冷速足够快，
避免在冷却过程中发生高温转变及中温转变，则将在Ms 到Mf温度范围内转变为马氏体M。
（ ） MS---马氏体相变开始温度 Mf ---马氏体相变结束温度
• 马氏体：就是C 在α-Fe 中的过饱和固溶体。
•钢中马氏体：C原子在-Fe中形成的过饱和固溶体。
１、位向关系 相变时，整体相互移动一段距离，相邻原子的相对位置无变化，作 小于一个原子间距位置的位移，因此奥氏体与马氏体保持一定的严格 的晶体学位向关系。 K-S关系：{110}M //{111}A；<111>M//<110>A 西山（N）关系：{110}M//{111}A；<110>M//<112>A G-T关系 K-V-N关系 西山关系与K-S关系相比，晶面关系相同，晶向关系相差5°16’
12.1.1 马氏体转变的无扩散性的原因
• C原子在-Fe中形成的过饱和固溶体，体心正方结构，正方度随碳含 量增加而线性增大。
• Fe-C合金中，A和M中碳原子相对铁原子的间隙位置没变。 • Fe-C合金中，在-20~-195ºC之间，每片M的形成时间约为：
0.5~510-7s。 • 转变结果：降低了系统能量，形成低温亚稳定相。 • 形成条件：冷却速度大到能避免扩散型相变，所有金属及合金的高温
转变不 完全性
及AR
马氏体转变量与温度的关系
12.1.3 切变共格性和表面浮凸现象
（1）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。
（2）马氏体形成有惯习面，马氏体转变时马氏体与奥氏体之间保持共 格关系(第二类共格) 。
12.1.4 晶体学位向关系
马氏体转变时马氏体与奥氏体存在着严格的晶体学关系。
➢ 冷却速度的关系： 冷却速度越大，板条束和块宽同时减小，组织变细，因此提高冷却速 度有利于细化马氏体晶粒。
板条马氏体
钢板条马 氏体中的
位错
（2）片状马氏体
常见于淬火高、中碳钢、及Fe-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 面的截面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。
薄片状马氏体
不同形态马氏体存在成分及温度范围
（1）板条状马氏体
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，称板条马氏体。亚结构为位 错，也称位错马氏体。
➢ 板条马氏体晶粒的显微组织示意图： 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残余奥氏 体 。这种微量的残余奥氏体对板条马氏 体的韧性贡献很大。 ➢ 许多相互平行的板条组成一个板条束， 它们具有相同的惯习面。 ➢ 板条束内具有相同取向的小块称为 板条块，常常呈现为黑白相间的块。
相均可发生M相变。
12.1.2 马氏体转变的非恒温性和转变不完全性
马氏体转变存在开始转变温度Ms， 和终了转变温度Mf。当奥氏 体过冷到Ms点温度以下，开始发生马氏体转变，直到温度降到Mf 以 下时，转变结束。
因此，马氏体转变的非恒温性体现为马氏体的降温转变。
温度降低到马氏体相变终了温度Mf 时，有残余奥氏体存在的现象， 称为马氏体转变不完全性。
12.1.1 马氏体转变的无扩散性
• 无扩散性：马氏体转变只有点阵改组而无成份变化，转变时原子做
有规律的整体迁移，每个原子移动的距离不超过一个原子间距，且原 子之间的相对位置不发生变化， 转变速度极快。（例如：Fe-C、FeNi合金，在-196~ -20℃之间一片马氏体形成的时间约5×10-7~5×10-5 秒）
一般钢材的Mf 都低于室温，在生产中为了获得更多的马氏体，常 采用深冷到室温以下的处理工艺，这种工艺方法称为冷处理。
深过冷 处理
➢在Ms点以下，一定温度只形成一 定量的马氏体，随着温度的继续降 低，马氏体转变量才不断继续增加。 即，马氏体转变是在Ms～Mf温度范 围内进行的，马氏体的转变量是温 度的函数。 ➢20℃时，A部分为残余奥氏体，可 采用深过冷处理，获得更多M。 ➢Mf时，转变量并达到100%，体现 了马氏体转变的未不完全性。
•马氏体定义：凡相变的基本特性属于马氏体型的转变产物 都称为马氏体。
•形成条件：淬火。
•淬火：将钢加热到Ac3 或Ac1以上，保温后以大于临界冷却 速度的速度冷却，以获得马氏体或下贝氏体的热处理工艺。 •马氏体转变的临界冷却速度：抑制所有非马氏体转变的最 小冷却速度。 •马氏体的力学性能：高硬度、高强度。