第五章 马氏体转变

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C:是显著的影响因素 随C%↑,Ms,Mf↓,且Mf比Ms下降得快,所以能扩大M 的转变温度范围 N:强烈降低Ms点; Al,Co:提高Ms点, 其余Me:使Ms降低
(2) 奥氏体化条件
提高A区内加热温度或延长加热时间 可降低Ms,有利于奥氏体的合金化
可提高Ms点,原因可能与A晶粒长大,或与A内缺陷减少有关
可能是塑性变形引入A晶体的各种缺陷,它会破坏新 相和母相之间的共格关系,阻碍M核长大,这就增加 了奥氏体的稳定化。后来由实验结果得到了验证。
5.3 马氏体转变的晶体学和转变机制
马氏体的定义
马氏体是碳在α—Fe中的过饱和固溶体 马氏体转变是典型的无扩散性相变
马氏体的晶体结构
马氏体的晶体结构
M为体心正方结构 c/a—马氏体的正方度 碳含量增加, c轴伸长,a轴缩短, 正方度(c/a)呈线性增加,总是大于1 体心立方结构
片马氏体中的孪晶
片马氏体中的中脊
马氏体组织形态
混合状的马氏体
wc在0.25%~1.0%之间的奥 氏体则形成上述两种马氏体的 混合组织 含碳量越高,条状马氏体 量越少而片状马氏体量越多 wc >1.0%
0.25%~1.0% wc<0.25% 片状马氏体 混合状的马氏体 板条马氏体
45钢混合状马氏体
变持续至马氏体形成终了温度Mf,Mf以下时过冷奥氏体停止转变。
马氏体组织形态
钢中马氏体根据成分(含碳量)和冷却条件呈现不同的形态
钢中马氏体有两种基本形态:板条马氏体和片状马氏体
板条马氏体 wc在0.25%以下时,基本上形成板条状马氏体(低碳马氏体)
板条马氏体
马氏体组织形态
空间形态为扁条状,每个板条为一个单晶,板条间有薄层残余奥氏体 相互平行的板条构成板条束,一个奥氏体晶粒有几个(3~5个)板 条束 板条马氏体内有高密度的位错缠结的亚结构,又称为位错马氏体
c/a=1
5.4 马氏体转变的机理
马氏体区别与其他相变的最基本的特点是:
1、相变以共格切变的方式进行 2、相变的无扩散性 这一特点决定了马氏体的转变机制具有特殊性
5.4 马氏体转变的机理
转变热力学
M转变是热学性的,驱动力是ΔGγ→α’
马氏体与奥氏体自由焓随温度的变化曲线
影响Ms点的因素
(1) A化学成分(最主要影响因素)
影响Ms点的因素
(3)冷却速度的影响
一般工业生产用淬火介质 所能达到的冷却速度对Ms 一般没有影响 C%越低,Ms出现跳跃式 变化趋势越明显。
(4)弹性应力的影响
单向拉应力、压应力能促进M的形成,使Ms点升高,所 得M称为应力促发M。 三向压缩则使Ms点下降。
影响Ms点的因素
(5)塑性变形的影响
奥氏体的热稳定化
奥氏体冷却过程中,某一温度停留引起奥氏体稳定性提高,使马氏体 转变迟滞的现象称为
奥氏体的机械稳定化
机械强化作用使奥氏体稳定化的现象称为
奥氏体的稳定化
热稳定化机制
C、N原子在等温停留过程中进入位错形成 Cottrell气团,阻碍M转变进行,引起A热稳定化。 --柯俊提出的观点
机械稳定化原因
马氏体的性能
马氏体的硬度和强度
高碳马氏体具有很高的强度和脆性; 低碳马氏体既具有相当的强度,又有良好的韧性
马氏体的强度主要与原奥氏体晶粒大小、马氏体板条 束的大小有关 马氏体的高硬度和高强度来源于固溶强化、相变强化、 时效强化、细晶强化
马氏体的性能
高强度与硬度的本质
马氏体的高硬度和高强度来源于固溶强化、相变强化、 时效强化、细晶强化
表面浮凸
表面浮凸
5.2 马氏体转变的主要特征
(3)无扩散性
晶体学特点
马氏体形成极快,远超过原子扩散速度,故为无扩散型切变。
马氏体与奥氏体成分相同 (4) 共格关系和惯习现象 共格关系 新相和母相之间保持切变共格性 惯习现象 K-S关系 {110)}M// {111}γ 西山关系(N关系) {110)}M// {111}γ G-T关系 [111]M //[110]γ [111]M //[211]γ 晶体学特点 γ M
思考题
������
什么是钢中的马氏体、珠光体和奥氏体?
M转变与P转变相比有什么特点? 为什么M转变是非扩散转变? M有几种主要类型,具有什么样的特
各自具有什么样的晶体结构? ������ ������ ������ 点?
惯习面 {111}γ [225]γ
[259]γ
马氏体形成温度降低
5.2 马氏体转变的主要特征
(5) 马氏体转变的可逆性 马氏体加热时,进行无扩散的逆转变
马氏体的逆转变
(6) 转变不完全
有残余(留)奥氏体
动力学特点
奥氏体的稳定化(p142) 在奥氏体冷却转变为马氏体的过程中,种种原因引起奥氏体 的结构、状态、化学成分发生变化使奥氏体的稳定性增加
马氏体的塑性和韧性主要取决于碳质量分数和它的亚结构
������ ������ C%<0.4 韧性较高 C%>0.4,硬而脆
马氏体的韧性主要决定于它的亚结构 位错型(板条)M具有相当高的强度、硬度和良好的塑性
韧性;孪晶型(片状)M强度硬度高,塑性、韧性很低
可以利用低碳合金钢淬火后得到较多的残余奥氏体来提 高材料的塑韧性。
马氏体的性能
马氏体的物理性能
钢的各种组织中,马氏体比容最大,奥氏体最小
这是淬火时产生淬火应力,导致变形应力的主要原因

马氏体转变超塑性
相变塑性:低于母相屈服强度下发生塑性变形
在M开始转变点Ms以上加应力,随应力增加,塑性增大

高碳马氏体显微裂纹
马氏体高速形成时撞击而成
高碳钢易开裂的原因
5.2 马氏Baidu Nhomakorabea转变的主要特征
形状记忆效应
形状记忆效应:将某些材料进行变形后加热至某一特定温度 以上时,能自动回复原来形状的效应。 形状记忆效应是由马氏体转变的热弹性行为及伪弹性引起的 分单程和双程记忆效应 热弹性M:M片随温度降 低而增大,随温度升高 而减小。
热弹性马氏体
一般M转变形核以后,M片迅速长大到一极限尺寸即停止, 若要使转变继续进行,必须持续降温,产生新核,随后长 大到极限尺寸,这一过程不可逆。这是因为马氏体长大到
改变也可以引起马氏体片的消长。
应力减小,马氏体片缩小
外力促发的马氏体片往往具有相同的空间取向,故马氏体 片的长大,即随马氏体量的增加将伴随宏观的形状改变。
随应力减小,马氏体发生逆转,宏观变形恢复,这种现象称
为伪弹性(超弹性)
航天应用—月面天线
月面天线伸展开来很宽大,火箭无 法容纳,那么,如何把这样一个天
马氏体概述
M转变是钢件热处理强化的主要手段,是通过
淬火实现 ������ 化学成分不同,性能有极大差异 低碳钢:M有较高强度和韧性 高碳钢:硬度很高,塑性韧性极低
������
性能与组织形态有密切关系
5.1 马氏体的组织与性能
当奥氏体获得极大过冷度冷至Ms以下(对于共析钢为230℃以下) 时,将转变成马氏体类型组织。马氏体转变属于低温转变,这个转
第五章
马氏体转变
本章主要内容
������
M转变的晶体学
������
������ ������ ������ ������
M的组织形态*
M转变的特点* M转变热力学、动力学* M转变机制 M的性能与影响因素*
马氏体概述
马氏体的形成温度较低,使得碳原子难以扩散,它是 由过冷奥氏体按无扩散型转变机制的转变产物,马氏体的 含碳量与过冷奥氏体含碳量相等,晶格同于铁素体的体心 立方类似。体心立方晶格的铁素体在室温含约0.008%C, 对共析钢马氏体的晶格内含约0.77%C,为此导致体心立 方晶格发生畸变,因此马氏体是α-Fe的过饱和固溶体,用 符号“M”表示。
(1)马氏体转变的非恒温性
转变量取决于冷却到达的温度,与在某温度的停留时间无关
马氏体体积分数的增加靠不断产生新马氏体片,而不是原有 马氏体的长大
在任一过冷度下,转变量是有限的,生长速度是极快的
(2)表面浮凸现象和共格性
马氏体转变时,新相和母相的 点阵间保持共格关系,相界面上 的原子既属于马氏体又属于奥氏 体。这种界面称为“切变共格” 界面—第二类共格界面 转变以切变的方式完成晶格重构
相变强化:不均匀切变产生大量缺陷(?) 固溶强化:碳原子溶入形成过饱和固溶体 时效强化(第二相弥散强化):形成碳化物 M形态和大小:孪晶和位错(孪晶高于位错),原始A 晶粒和M板条愈细,强度愈高。 思考:为什么同为碳的固溶体,A中的固溶强 化效果远低于M中的固溶效果?
马氏体的性能
马氏体的塑性和韧性
板条马氏体金相组织照片
马氏体板条组织结构示意图
马氏体组织形态
片状马氏体 当 wc >1.0% 时,奥氏体几乎只形 成片状马氏体(针状马氏体) 空间形态为双透镜状 光镜下为竹叶状或针状
片状马氏体
马氏体组织形态
片状马氏体内部的亚结构主要是孪晶(孪晶马氏体) 含碳量很高的片状马氏体可看到中脊面,中脊面是高密度的孪晶
影响马氏体形态的因素
马氏体 形态
形成 温度 >200℃
奥氏体的 化学成分 板条马氏体 片状马氏体
含碳量和 合金元素
<200℃
马氏体的性能
马氏体的硬度和强度
马氏体的硬度主要取决于马 氏体的含碳量,通常情况是 随含碳量的增加而升高。
1-完全淬火后深冷得到完全马氏体 2-Ac1~Accm之间淬火(不完全淬火) 未溶的碳化物能提高耐磨性 3-高于Ac3及Acm淬火(完全淬火) 尽管马氏体硬度增加,但随碳质量分数增加,残余奥氏体量增 加,降低了淬火钢硬度
一定程度时,边界共格关系得到了破坏。
热弹性马氏体-在一些合金中的马氏体形成时,其产生的 形状变化始终依靠相邻母相的弹性变形来协调,保持着界
面的共格性。这样,马氏体片可随温度降低而长大,随温
度升高而缩小,亦即温度的升降可引起马氏体片的消长。 具有这种特性的马氏体称为热弹性马氏体。
伪弹性
������ 温度升降可以引起热弹性马氏体的消长,外加应力的 应力增加,马氏体片长大
在奥氏体状态下的塑性变形方式和变形量对马氏体相变Ms 点有显著影响。细化晶粒使Ms点降低,最终趋于恒定
形变诱发马氏体是指由于奥氏体受到塑性变形的影响而形成 的马氏体。
形变能为相变提供一定的能量,如果该
能量与化学驱动力相互作用,能够达到
相变所需的最小驱动力,则相变就可以 提前发生。形变所提供的能量,称为机 械驱动力。
线送上太空,送上月球呢?
用Ni-Ti合金丝在马氏体相变温度 以上,先做成月面天线,然后在低
于Mf的温度把月面天线压成小团装
入运载火箭,当发射至月球表面后, 通过太阳能加热而恢复原形,在月 球上展开成为正常工作的月面天线
医学应用—心脏修补元件
热弹性马氏体的应用
本章小结
M的结构类型随C含量的不同而变化。 C含量低时为板条M,位错亚结构; C含量高时为针片状M,孪晶亚结构。板条M有较高的强韧 性,针片状M硬而脆。 ������ M转变是按切变方式进行,K-S,G-T模型不同程度说 明了切变过程 ������ 由于M是以切变方式进行,所以M转变有一系列由切变造 成的特点(表面浮凸,非恒温,非扩散,惯习面和位向关 系,可逆性) 奥氏体热稳定化及机械稳定化的基本概念 形状记忆效应的概念及应用
测验
(1)影响钢的Ms点的最主要因素是___, Ms随升高 而___。 (2)M转变的切变模型有___,___ ,___ 。 (3)马氏体转变时K-S关系是指___ (晶面关系),__ _ (晶向关系)。 (4)通常亚共析钢的淬火加热温度是在___,过共析钢 为了减少变形开裂,其淬火加热温度通常是在___。 (5)在Ms点以上由变形产生的马氏体为___。 (a)应力促发马氏体(b)形变诱发马氏体 (c)淬火马氏体(d)热弹性马氏体
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