第5章 马氏体相变讲解

逆相变：加热时马 氏体向奥氏体的相 变。 As：马氏体逆转变 开始点，马氏体和 奥氏体两相自由能 差达到相变所需最 小驱动力值时的温 度。
六、亚结构
? 相变伴生极高密度的晶体缺陷：孪晶（高碳 M ）、位错（低碳 M ）、层错。
? 马氏体相变的判据：
1、相变以切变共格方式进行 2、相变的无扩散性 3、相变伴生极高密度的晶体缺陷：孪晶、位错、
? 马氏体转变量是温度 的函数，而与等温时 间无关。
? 当A过冷到马氏体相变终了 点 Mf 以下时，马氏体停止 转变，此时未转变的奥氏体 称为残余奥氏体。
? 马氏体转变的不彻底性。 ? Ms点低于室温时淬火得A ? 冷处理：若 Ms 点高于室温，
Mf 点低于室温，须冷却到 室温以下，
A' —M
五、马氏体转变有可逆性
二、马氏体相变的无扩散性
? 在较低温度下，碳原子和合金元素的原子扩散已很困难， 马氏体相变是在原子基本不发生扩散的情况下发生的，原 子之间的相对位移不超过一个原子间距。 无扩散型相变
? 所有参与转变的原子的运动是协调一致的，原有原子的邻 居关系不被破坏。
? 结构：晶体点阵发生改组。 ? 条件：低温下，原子已不能扩散。 ? 特点：新相和母相的化学成分相同；新相和母相间有一定
关系如图。
Ad
? Ms 、As之间的温度差因引
Md
入塑性变形而减小，使 Ms
点上升到Md 、使As点下降
到Ad
? Md和Ad分别称为形变诱发 马氏体相变开始点和形变
诱发奥氏体相变开始点。
? Md和Ad的上下限为T0
?塑性变形诱发马氏体相变的原因
?当温度为 Ms时，相 变的化学驱动力刚好 使马氏体发生相变； ?形变所提供的能量 为机械驱动力； ?引入形变使 Ms提高 到T1但小于T0 ?结论：对奥氏体进 行塑性变性可诱发马 氏体相变。
? 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。
?C<0.3% 时为板条状马氏体； ?C在0.3%~1.0% 时为板条状马氏体和片状马氏体的 混合组织。
的原子是共有的，整个界面是互相牵制的，且是以 母相切变来 维持共格的。 ? 表面浮凸：由相变过程中均匀应变而导致的形状改变， 是切变 位移的特征。
? 相界面：在相变中未发生转动，将此不应变平面称之为 M相变 的惯习面(habit plan)，说明M相的产生是通过母相的切变而获 得的。
? 亚结构：位错、孪晶、层错等，是M相变时局部切变的产物。
C>1.0% 时为片状马氏体；
第一节 马氏体相变的主要特征
一、切变共格和表面浮突现象
M相变过程中，在被抛光的试样表面上出现倾动或表面浮凸， 说明M相变是通过奥氏体均匀切变方式进行的，M和A之间 的界面称为切变共格界面。
结 论：
? M相变是通过原子的协调运动使晶体结构发生变化的相变。 ? 马氏体形成是以切变方式实现的，马氏体和奥氏体之间界面上
{111}?//{110}? ' ， 〈112〉?//〈110〉? '
(110)
钢中马氏体的惯习面随碳含量和形成温度的不同而异，有 {111} ?、 {225} ?、 {259} ?。 惯习面是无畸变不转动的平面。
四、在一个温度范围内完成相变
? 当奥氏体过冷到马氏 体相变开始点 Ms点以 下时，马氏体即刻开 始转变，且转变速度 极快，但需继续降温， 否则转变停止。
第5章 马氏体相变
? 主要内容：马氏体相变的主要特征； 马氏体的组织结构及其力学性能； 马氏体相变的热力学、动力学；
? 重点内容：影响 Ms点的因素、马氏体相变动力学、 马氏体的组织结构、力学性能
前言
? 马氏体（ M, M artensite ）相变特点： 相变过程中，晶体点阵的重组是通过基体原子的集 体有规律 近程 迁移—— 切变， 由一种晶体结构 转 变为另一种晶体结构，而 没有 原子长距离的迁移， 且新相与母相保持 共格关系。
? Ms点：奥氏体和马氏体两 相自由能差达到相变所需 最小驱动力值时的温度。
? To一定时， Ms点越低， 相变所需的驱动力越大。
? G???? = ? S(T0-MS) As点：马氏体和奥氏体两相
自由能差达到逆相变所需 最小驱动力值时的温度。
? G???? = ? S(AS-T0)
? To、 Ms、 As与合金成分的
金属及合金的高温相均可发生 M相变。
三、有一定的位向关系和惯习面
? 马氏体相变时，新相和母相界面始终保持着切变 共格，相变后两相之间的 位向关系仍然保持；
? K—S关系： 1.4%C 钢中马氏体和奥氏体之间的 位向关系， {111}?//{110}? ' ， 〈110〉?//〈111〉? '
? 可见：M在A中可能有24种不同的取向。 ? 西山关系：
的晶体学位相关系。
马氏体相变无扩散的原因：
? 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： 0.5~5? 10-7s。
? 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
? 钢中M相变：钢经奥氏体化后 快速冷却，抑制其扩 散型分解，在较低温度下发生的 无扩散型相变。
? 在纯金属（ Zr,Li,Co ），合金（ Fe-Ni,Ni-Ti,Cu-Zn ）,陶瓷 （ZrO 2）中也有M转变。
? 钢中马氏体： C原子在? -Fe中形成的过饱和固溶体。
? 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。
层错Байду номын сангаас
? 马氏体定义： 马氏体是原子经无需扩散切变位移的晶格改组 过程、得到具有严格晶体学位向关系和惯习面 的、形成相中伴生极高密度晶体缺陷的组织。
第2节 马氏体相变热力学
一、马氏体相变热力学 条件
??
? 相变驱动力：新相 与母相的自由能之 差，由过冷提供。
? To ：两相热力学平 衡温度。
? 相变的阻力：新相 形成时的界面能和 应变能。切变和晶 体缺陷等均使马氏 体相变阻力增大。