4.5马氏体相变热力学ppt解析
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《马氏体相变》课件
由于外界应力的作用，晶体结构 发生变形，形成弹性变形。
核化和形核
马氏体晶体生长
形核是马氏体相变的起始过程， 晶体结构中形成马氏体的小区域。
形核后的马氏体晶体开始在晶界 上生长，同时产生剩余奥氏体。
相变的影响因素
温度
相变温度是马氏体相变的一 个重要参数，不同温度下会 产生不同的相变行为。
合金化元素
添加合金元素可以调控马氏 体相变的速率和转变温度。
《马氏体相变》PPT课件
相信大家对于马氏体相变并不陌生，但是真正了解它的人却寥寥无几。本课 件将带您深入了解马氏体相变的概述及其形成机理。
马氏体相变的概述
马氏体相变是材料在冷却或应力作用下从奥氏体晶体结构转变为马氏体晶体 结构的过程。这种相变具有显著的物理和机械性能改善效果。
马氏体的形成机理
弹性变形发生
形状记忆合金
马氏体相变可以用于制造形状记 忆合金，可以实现金属材料的形 状记忆和恢复功能。
金属焊接
马氏体相变可以应用于金属焊接， 提高焊接接头的强度和韧性。
相变过程的图解
1
奥氏体
材核化
马氏体晶体开始在晶界上形成小的马氏体区域。
3
马氏体生长
马氏体晶体在晶界上迅速生长，同时奥氏体产生剩余。
总结与展望
马氏体相变具有广泛的应用前景，为材料科学领域带来了新的突破和挑战。未来的研究将致力于探究更高效的 相变控制方法和应用领域的拓展。
晶体结构
晶体结构对于马氏体相变的 发生和转变过程起着重要作 用。
马氏体相变的分类
稳定马氏体相变 非稳定马氏体相变 自适应马氏体相变
通过淬火等方法形成的马氏体相变
通过应力作用下的马氏体相变
通过金属合金中微观结构变化而形成的马氏体相 变
核化和形核
马氏体晶体生长
形核是马氏体相变的起始过程， 晶体结构中形成马氏体的小区域。
形核后的马氏体晶体开始在晶界 上生长，同时产生剩余奥氏体。
相变的影响因素
温度
相变温度是马氏体相变的一 个重要参数，不同温度下会 产生不同的相变行为。
合金化元素
添加合金元素可以调控马氏 体相变的速率和转变温度。
《马氏体相变》PPT课件
相信大家对于马氏体相变并不陌生，但是真正了解它的人却寥寥无几。本课 件将带您深入了解马氏体相变的概述及其形成机理。
马氏体相变的概述
马氏体相变是材料在冷却或应力作用下从奥氏体晶体结构转变为马氏体晶体 结构的过程。这种相变具有显著的物理和机械性能改善效果。
马氏体的形成机理
弹性变形发生
形状记忆合金
马氏体相变可以用于制造形状记 忆合金，可以实现金属材料的形 状记忆和恢复功能。
金属焊接
马氏体相变可以应用于金属焊接， 提高焊接接头的强度和韧性。
相变过程的图解
1
奥氏体
材核化
马氏体晶体开始在晶界上形成小的马氏体区域。
3
马氏体生长
马氏体晶体在晶界上迅速生长，同时奥氏体产生剩余。
总结与展望
马氏体相变具有广泛的应用前景，为材料科学领域带来了新的突破和挑战。未来的研究将致力于探究更高效的 相变控制方法和应用领域的拓展。
晶体结构
晶体结构对于马氏体相变的 发生和转变过程起着重要作 用。
马氏体相变的分类
稳定马氏体相变 非稳定马氏体相变 自适应马氏体相变
通过淬火等方法形成的马氏体相变
通过应力作用下的马氏体相变
通过金属合金中微观结构变化而形成的马氏体相 变
《马氏体相变 》课件
2 条件的作用原理是什么？
马氏体相变的条件是实现马氏体相变的必要 前提，它们直接影响马氏体晶体结构和材料 性能的形成和转化。
马氏体相变的过程
1
马氏体相变的步骤和原理
马氏体相变包括两个基本过程——形变和回复过程，当材料由奥氏体转变为马氏 体时，晶体结构发生相应的改变。
2
过程中有哪些需要注意的地方？
马氏体相变的过程会受到多种因素的干扰，如温度、压力、组织性能等，需要注 意这些影响因素对相变的影响。
应用领域
哪些领域得到应用？
马氏体相变广泛应用于机械、电子、材料等领域， 如机械弹簧、手机天线、记忆合金等。
应用的优势和局限是什么？
马氏体相变具有自修复性、快速响应、压电性、形 状记忆等特性，但仍然存在加工困难和应用的局限 性等问题。
结论和展望
总结发现和成果
本课件详细介绍了马氏体相变的背景、条件、过程和应用，使人们更好地了解该领域的发展 现状。
展望未来的发展前景
马氏体相变技术在自动化、能源、环境等领域有广阔的应用前景，我们期待它能在未来发挥 更大的作用。
参考文献
• 李新. 材料科学[M]. 化学工业出版社, 2013. • 关辰. 马氏体相变的研究进展[C]// 2019第五届全国现代材料学术会议论文集. 2019: 254-259. • 郭宝昌, 焦彦龙. 马氏体晶体几何结构及马氏体相变过程的研究进展[J]. 您刊, 2018, 39(05): 57-63.
马氏体晶体结构
晶结构是什么？
马氏体的晶体结构是单斜晶体结构，其单斜晶体形 状由一维位错和孪晶形成。
性质和特点是什么？
马氏体晶体中存在位形、变形、弹性、能量等多种 耦合，与其他晶体类似，但具有独特的特点和性质。
钛合金中的马氏体相变 ppt
-
2
• 二、其他金属中的马氏体相变
•
20世纪以来，对钢中 马氏体相
变的特征累积了较多的知识，又相继发现
在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变，
如：Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、
Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-
Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni
数
-
4
• 3.2 钛合金马氏体相变的原理
高纯钛在缓冷退火后，获得多 面的α组织，如果自高温快速冷却，将发 生马氏体转变，晶界变得不完整且呈锯齿 状。钛合金自高温快速冷却时，视合金成 分的不同， β相可转变为马氏体（α‘或 者α“）、ω相或者过冷β相，在快速冷 却过程中，由于从β相转变为α相的过程 来不及进行， β相将转变为成分与母相相 同、晶体结构不同的过饱和固溶体，即马 氏体。
钛合金中的马氏体相变
杨金文 2012730047
-
1
一、马氏体 - 马氏体概念
马氏体最初是在钢（中、 高碳钢）中发现的：将钢加热 到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能 使钢变硬、增强的一种淬火组织。
最先由德国冶金学家 Adolf Martens(1850-1914)于19世纪 90年代在一种硬矿物中发现。马氏体的三维组织形态通常有片 状(plate)或者板条状(lath)，片状马氏体在金相观察中（二维） 通常表现为针状（needle-shaped），这也是为什么在一些地方 通常描述为针状、竹叶状的原因，板条状马氏体在金相观察中 为细长的条状或板状。奥氏体中含碳量≥1%的钢淬火后，马氏 体形态为片状马氏体，当奥氏体中含碳量≤0.2%的钢淬火后， 马氏体形状基本为板条马氏体。马氏体的晶体结构为体心四方 结构（BCT）。中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。高 的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一，同时马氏体的脆 性也比较高。
《马氏体相变》PPT课件
精选课件ppt
26
板条马氏体的亚结构为高密度位错，所以板 条马氏体也称为位错马氏体 。
不呈孪晶关系的板条间存在一层残余奥氏体 簿膜，这种微量的残余奥氏体对板条马氏体的 韧性贡献很大。
呈孪晶关系的板条间就不存在这种残余奥氏 体薄膜。
Hale Waihona Puke 精选课件ppt27
图4-13 （a）板条马氏体 （b）片状马氏体
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34
随着形成温度的下降，孪生的临界分切应力 较低，变形方式逐渐过渡为以孪生进行，形成 亚结构为孪晶的片状马氏体。
若奥氏体的σS低于206MPa，应力在奥氏体
中以滑移方式松弛。由于形成的马氏体强度较
高，应力在马氏体中只能以孪生方式松弛，则
形成惯习面为 (225)γ的片状马氏体。
若奥氏体的σS超过206MPa，相变应力在两
钢中： < 0 . 5 % C ， 惯 习 面 为 { 111 } γ ， 0 . 5 ～ 1.4%C，为{225}γ，1.5～1.8%C，为{259}γ。
直线划痕在倾动面处改变方向，但仍保持连续， 且不发生扭曲。说明马氏体与母相保持切变共格， 惯习面未经宏观可测的应变和转动，即惯习面为 不变平面。
42影响钢的ms点的因素42图418ms与碳含量关系无扩散转变1奥氏体的化学成分43点降低奥氏体的自由能并提高马氏体过饱和铁素体的自由能也降低了t44图419奥氏体与马氏体的自由能温度曲线示意图温度2其它因素对ms点的影响45奥氏体的晶粒大小奥氏体晶粒细化弹性极限以内的应力多向压应力阻碍马氏体转变43应变诱发马氏体46点以上一定温度范围内因塑性变形而促生的马氏体称为应变诱发马氏体
图4-12 板条马氏体示意图
精选课件ppt
25
热处理工艺学课件--第04章 马氏体转变
n
n n
n
M核等温形成， 并快速长大至极 限尺寸 形核有孕育期 I随ΔT先增后减 转变量有限
自触发形核、瞬时长大（M
第一片马氏体形 成时，激发大量 马氏体转变，并 快速长大至极限 尺寸 爆发完成后，为 使M转变进一步 进行，需再降温
奥氏体的稳定化
n
n n
n
n n n
形态：截面：平直带状；立体：薄板状 亚结构：全孪晶 惯习面：｛259｝A 位相关系：K-S关系
Fe-31Ni-0.28C合金的薄板状马氏体
薄片状马氏体（ε马氏体）
n
n n n n
与其它类型不同，ε马氏体具有H.C.P.（密 排六方）结构 形态：截面：线状；立体：薄片状 亚结构：层错 惯习面：｛111｝A 位相关系： <1120>ε∥<110>A 、 ｛0001｝ε∥｛111｝A
n
惯习面
＜0.6% ｛111｝A 0.6～1.4% ｛225｝A 1.4～2.0% ｛259｝A
C% 惯习面
马氏体惯习面示意图
五、马氏体转变的可逆性
n
n n n n
奥氏体冷却→马氏体 马氏体加热→奥氏体（高温稳定相） 转变开始温度：As 转变终了温度：Af 通常As＞Ms（后续详细讨论）
§4-3 马氏体的组织形态
Fe-16.4Mn-0.09C合金的薄片状马氏体
影响M形态及内部结构的因素
A中的C%： C%<0.2%：M条；C%>1%：M片；C%∈ （0.2,1.0）： M条＋ M片 n A中的Me 扩大A相区：促使M片形成；反之促使M条形成 n M形成温度 随T↓，板条状→蝶状→透镜片状→薄板状
n
碳钢M形成特征
马氏体高硬、高强的原因
n n
n
M核等温形成， 并快速长大至极 限尺寸 形核有孕育期 I随ΔT先增后减 转变量有限
自触发形核、瞬时长大（M
第一片马氏体形 成时，激发大量 马氏体转变，并 快速长大至极限 尺寸 爆发完成后，为 使M转变进一步 进行，需再降温
奥氏体的稳定化
n
n n
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n n n
形态：截面：平直带状；立体：薄板状 亚结构：全孪晶 惯习面：｛259｝A 位相关系：K-S关系
Fe-31Ni-0.28C合金的薄板状马氏体
薄片状马氏体（ε马氏体）
n
n n n n
与其它类型不同，ε马氏体具有H.C.P.（密 排六方）结构 形态：截面：线状；立体：薄片状 亚结构：层错 惯习面：｛111｝A 位相关系： <1120>ε∥<110>A 、 ｛0001｝ε∥｛111｝A
n
惯习面
＜0.6% ｛111｝A 0.6～1.4% ｛225｝A 1.4～2.0% ｛259｝A
C% 惯习面
马氏体惯习面示意图
五、马氏体转变的可逆性
n
n n n n
奥氏体冷却→马氏体 马氏体加热→奥氏体（高温稳定相） 转变开始温度：As 转变终了温度：Af 通常As＞Ms（后续详细讨论）
§4-3 马氏体的组织形态
Fe-16.4Mn-0.09C合金的薄片状马氏体
影响M形态及内部结构的因素
A中的C%： C%<0.2%：M条；C%>1%：M片；C%∈ （0.2,1.0）： M条＋ M片 n A中的Me 扩大A相区：促使M片形成；反之促使M条形成 n M形成温度 随T↓，板条状→蝶状→透镜片状→薄板状
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碳钢M形成特征
马氏体高硬、高强的原因
第五章 马氏体转变PPT课件
编辑版pppt
23
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’
编辑版pppt
24
（3）G—T关系
1994年，Grenigen与Troiano 在Fe-NiC合金中发现，马氏体与奥氏体的位向接 近K-S关系，但略有偏差，其中晶面差1 度，晶向差2度，称为G-T关系。
{110} αˊ∥{111}γ 差 1° <111> αˊ∥<110>γ 差 2°
2、惯习面
惯习面即马氏体转变的不变平面，总是平行或接近奥氏体的某一晶 面，并随奥氏体中含碳量及马氏体形成温度而变化。马氏体即在此平 面上形成中脊面。
编辑版pppt
13
五、马氏体转变的可逆性：
在某些合金中A冷却时A→M，而重新加热时马氏 体又能M→A，这种特点称为马氏体转变的可逆性。
逆转变开始的温度称为As，结束的温度称为Af 。
编辑版pppt
34
2、片状马氏体
形成片状马氏体的钢和合金：出现于中、高碳 钢中、高Ni的Fe-Ni合金中，WC>1.0% 片状马氏体的形成温度：
MS≈200～100℃（WC≈1.0～1.4%） MS<100℃（WC≈1.4～2.0%）
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35
（1）显微组织
典型的马氏体组织形态见下图所示：
[110] γ ∥ [ 111] α
[211] γ ∥ [ 110] α
形成温度
M s>350℃
Ms≈ 200～ 100℃
Ms<100℃
合 金 成份 %C
<0.3
1～ 4
0.3～ １ 时 为 混 合 型
1.4～ 2
板 条 体 常 自 奥 氏 体 晶 界 向 晶 内 凸 透 镜 片 状 （ 或 针 状 、 竹 同 左 ，片 的 中 央 有 中 脊 。在 两
热处理原理及工艺马氏体贝氏体转变教学课件PPT
h
15
相变诱发塑性应用
加压淬火 应变诱发塑性钢 （TRIP钢）
条件：Md ＞ 20＞Ms. 室温变形，形变诱发M。M转变诱发塑性 性能：高强度高塑性
h
16
四、马氏体的物理性能
1、比容 M组织的比容较大，M形成时比容的增大，造成钢淬
火时产生较大的组织应力，从而促进M显微裂纹的扩展。 2、磁性
数量的位错。
h
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（四）粒状贝氏体 低碳和中碳合金钢中以一定的速度连续冷却后获得的，
如正火、热轧后的空冷、焊缝的热影响区中等。 后来的研究发现等温也可以形成，形成温度稍高于上贝氏
体的形成温度。
粒状贝氏体组织是由F和富 碳的A组成。F呈块状（由F针 片组成），而富碳的A呈条状 在F基体上呈不连续分布。F 的C%很低，接近平衡状态， 而A的C%很高。
1、形成温度范围 一般在350 ℃ ~Ms之间的低温区。
2、组织形态 两相组织，由α相与碳化物组成。 下贝氏体电镜照片
α相的立体形态呈片状，光镜下呈针状，与片状M相
似。形核部位大多在A晶界上，也有位于A晶内。 碳化物为Cem或ε-碳化物，碳化物呈细片状或颗粒状， 排列成行，约以55°~60°角度与下贝氏体的长轴相交， 并且仅分布在F片内部。 钢的化学成份、A晶粒度和均匀化程度对下贝氏体的组织形 态影响较小。
加，这种现象称为相变塑性。
•马氏体的相变塑性：钢在马 氏体转变时也会产生相变塑性 现象，称为马氏体的相变塑性。 • Fe-15Cr-15Ni合金在不同温 度下进行拉伸，在Ms～Md温 度，延伸率有了明显升高，这 是形变诱发马氏体相变，马氏 Fe-15Cr-15Ni合金在的相变诱发塑性 体形成又诱发塑性所致。
h
13
4.5马氏体相变热力学ppt
4.马氏体相变阻力
马氏体相变的阻力均为正值，暂不考虑切变阻力，则应当包 括如下各项： (1)因为比体积变化引起膨胀所造成的应变能Nv； (2)在马氏体内部形成高密度位错、大量孪晶、微细层错所 需的能量，分别记为Nd、Nt、Nc； (3)马氏体周围的奥氏体中形成位错所需的能量也记为Nd； (4)马氏体板条或片的界面能记为Nj； (5)其他能量：表面能Ns，磁场能Nm，应力场能Ny，母相缺 陷能Nq等。 (6)释放相变潜热Qf。 • 母相缺陷能Nq对于马氏体相变形核起促进作用，但不是所 有缺陷处都形核，一部分遗传给新相。故忽略Nq 。 各项阻力之总和为： • ΣN=Nv+Nd+Nt+Nc+Nj+Ns+Nm+Ny+Qf 式中，各项能量单位的量纲以J/mol表示。
切变应变能计算：
Aaronson等采用下列方程进行计算
T E 13 2 V c W 1 41 b 2
Wε=1400J·mol-1（350℃）。 高碳凸透镜状马氏体,算得Wε=7340J· mol-1。
加上936J·mol-1
显然切变造成的应变能与其他各项阻力之和大于相 变驱动力，相变驱动力不足以完成切变过程。
奥氏体晶粒大小对ms的影奥氏体化温度对ms点温度的影响2形变和应力对ms的影响奥氏体冷到ms点以上某一温度进行塑性变形会引起ms点升高产生形变马氏体而形变温度高于某一温度时塑性变形不引起马氏体转变这个温度为md点
4.5 马氏体相变热力学
内蒙古科技大学 刘忠昌教授
1.马氏体相变热力学分类：
• 1）由面心立方母相转变为体心立方（正方） 马氏体的热力学，主要以铁基合金为代表， 其中，Fe-C合金进行了较多的工作。对马氏 体点（Ms）能直接由热力学数学处理求得近 似值。并且确定相变驱动力在282卡/克原子 以上（1180J/mol）。 • 2）由面心立方转变为六方ε-马氏体的热力 学，如钴、钴合金、Fe-Ni-Cr不锈钢等，其 相变驱动力较小，仅数十J/mol。 • 3）热弹性马氏体热力学，相变驱动力很小， 热滞小（几个J/mol）。
第6章 马氏体 PPT课件
马氏体 形态与 含碳量 的关系
0.2%C
0.45%C
1..2%C
合金元素的影响：
凡 能 缩 小 γ 相 区 （ Cr 、 Mo 、 W 、 V ） 的均促使得到板条状M，而扩大γ相区（C、 Ni、Mn、Cu、Co）的，将促进片状马氏 体形成，能显著降低A层错能的将促进ε － Ｍ的形成。
2）马氏体的形成温度
不同的片状马氏体 内部亚结构是不同的,可 以将其分为以中脊为中 心的相变孪晶区和无孪 晶区(片的周围部分，存在
位错）。
孪晶区所占比例与 马氏体的形成温度有关, 形成温度越低,相变孪 晶区所占比例越大。
(4)与C%的关系 片状马氏体的组织形态随合金成分的变化而改变。 对于碳钢： C%＜0.3%时，板条马氏体； 0.3%＜C%＜1.0%时，板条马氏体和片状马氏体混合 组织； C% > 1.0%时，全部为片状马氏体组织。 并且随着C%增加，残余奥氏体的含量逐渐增加。 合金元素Cr、Mo、Mn、Ni增加形成孪晶马氏体倾向。 (5)与奥氏体晶粒的关系。奥氏体晶粒越大，马氏体 片越大。
[110] γ∥[111] α
[211] γ∥[110] α
Ms > 3 5 0 ℃
Ms≈200～100℃
Ms<100℃
<0.3
1～4
0.3～ １ 时 为 混 合 型
1.4～ 2
板条体常自奥氏体晶界向晶内 凸透镜片状（或针状、竹 同左，片的中央有中脊。在两
平行排列成群。板条宽度多为 叶状）中间稍厚。初生者 个初生片之间常见到“Z”字
随马氏体的形成温度降低
板条状
蝶状
片状
薄片状
亚结构:
位错
孪晶
图Fe-Ni-C合金马氏体形态与碳含量的关系
钛合金中的马氏体相变 ppt课件
钛合金中的马氏体相变
• 二、其他金属中的马氏体相变
•
20世纪以来，对钢中 马氏体相
变的特征累积了较多的知识，又相继发现
在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变，
如：Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、
Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-
Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni
钛合金中的马氏体相变
• 3.2 钛合金马氏体相变的原理
高纯钛在缓冷退火后，获得多 面的α组织，如果自高温快速冷却，将发 生马氏体转变，晶界变得不完整且呈锯齿 状。钛合金自高温快速冷却时，视合金成 分的不同， β相可转变为马氏体（α‘或 者α“）、ω相或者过冷β相，在快速冷 却过程中，由于从β相转变为α相的过程 来不及进行， β相将转变为成分与母相相 同、晶体结构不同的过饱和固溶体，即马 氏体。
钛合金中的马氏体相变
2012730047
钛合金中的马氏体相变
一、马氏体 - 马氏体概念
马氏体最初是在钢（中、 高碳钢）中发现的：将钢加热 到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能 使钢变硬、增强的一种淬火组织。
最先由德国冶金学家 Adolf Martens(1850-1914)于19世纪 90年代在一种硬矿物中发现。马氏体的三维组织形态通常有片 状(plate)或者板条状(lath)，片状马氏体在金相观察中（二维） 通常表现为针状（needle-shaped），这也是为什么在一些地方 通常描述为针状、竹叶状的原因，板条状马氏体在金相观察中 为细长的条状或板状。奥氏体中含碳量≥1%的钢淬火后，马氏 体形态为片状马氏体，当奥氏体中含碳量≤0.2%的钢淬火后， 马氏体形状基本为板条马氏体。马氏体的晶体结构为体心四方 结构（BCT）。中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。高 的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一，同时马氏体的脆 性也比较高。
• 二、其他金属中的马氏体相变
•
20世纪以来，对钢中 马氏体相
变的特征累积了较多的知识，又相继发现
在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变，
如：Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、
Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-
Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni
钛合金中的马氏体相变
• 3.2 钛合金马氏体相变的原理
高纯钛在缓冷退火后，获得多 面的α组织，如果自高温快速冷却，将发 生马氏体转变，晶界变得不完整且呈锯齿 状。钛合金自高温快速冷却时，视合金成 分的不同， β相可转变为马氏体（α‘或 者α“）、ω相或者过冷β相，在快速冷 却过程中，由于从β相转变为α相的过程 来不及进行， β相将转变为成分与母相相 同、晶体结构不同的过饱和固溶体，即马 氏体。
钛合金中的马氏体相变
2012730047
钛合金中的马氏体相变
一、马氏体 - 马氏体概念
马氏体最初是在钢（中、 高碳钢）中发现的：将钢加热 到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能 使钢变硬、增强的一种淬火组织。
最先由德国冶金学家 Adolf Martens(1850-1914)于19世纪 90年代在一种硬矿物中发现。马氏体的三维组织形态通常有片 状(plate)或者板条状(lath)，片状马氏体在金相观察中（二维） 通常表现为针状（needle-shaped），这也是为什么在一些地方 通常描述为针状、竹叶状的原因，板条状马氏体在金相观察中 为细长的条状或板状。奥氏体中含碳量≥1%的钢淬火后，马氏 体形态为片状马氏体，当奥氏体中含碳量≤0.2%的钢淬火后， 马氏体形状基本为板条马氏体。马氏体的晶体结构为体心四方 结构（BCT）。中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。高 的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一，同时马氏体的脆 性也比较高。
第五章马氏体转变ppt课件
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
5.1.2
马氏体的晶体结构
1 钢中马氏体晶体结构特点 C 在α-Fe 中的过饱和固溶体。 ——亚稳；单相 C 位置：扁八面体间隙， R间隙0.19Å，RC 0.77 Å ——晶格畸变较严重
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
（2）反常轴比现象：
实际中马氏体 的晶体结构除与 C 含量有关 外，还与 C 原子位置的变化有关，在某些条件 下可能出现反常轴比现象：
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
共析碳钢 CCT曲线A1
Ms
Mf Vc
奥氏体化的钢，以>Vc的速度冷却时， 过冷奥氏体冷却到Ms温度以下，转变为马 氏体，这种操作叫淬火。马氏体是强化钢材 的重要组织。
与K-S关系
比较 差1 ° 差2 °
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（
011
）
＇
(111 )
10 1 , 11 1 ＇
（
011
）
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(111 )
10 1 , 11 1 ＇
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
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4.2钢中马氏体相变切变的耗能
各种切变模型进行切变需要的切变耗能： 切应变耗能N=0.5 Gγ 2V K-S切变使γ -Fe→α 马氏体（0%C）时， 共需切变能量为Nk=44.9×103J·mol-1； 西山切变模型，需切变能量Nx= 35×103J·mol-1； G-T切变模型，共需切变能量 NG=25.3×103J·mol-1。 可见，切变耗能太大，是相变驱动力远远 不能达到的。
马氏体点（Ms）与成分的非线性关系
工具钢和合金结构钢的马氏体点与碳含量的关系
影响马氏体点的因素
1）奥氏体晶粒大小的影响
奥氏体化温度愈高，晶粒愈粗大， Ms点愈高 。其原因缺 乏研究报道。
奥氏体晶粒大小对Ms的影 响
奥氏体化温度对Ms点温 度的影响
2）形变和应力对Ms的影响
奥氏体冷到Ms点以上某一温度进行塑性变形， 会引起Ms点升高，产生形变马氏体，而形变温度 高于某一温度时，塑性变形不引起马氏体转变， 这个温度为Md点。范性形变提供有利于马氏体形 核的晶体缺陷，促使马氏体的形成 。 弹性应力对马氏体转变产生与形变相类似的 影响。马氏体转变时发生比容胀大，体积膨胀的 现象，多向压应力会阻碍马氏体的继续转变，降 低马氏体点。拉应力或单向压应力往往有利于马 氏体的形成，使Ms点升高。
马氏体点的应用
• (1)Ms点是制定热处理工艺的依据。贝氏体等温淬 火，马氏体等温淬火，形变等温淬火等工艺都需 要参考钢的Ms温度。在分析和控制热处理质量时 也需要参考Ms点。 • (2)Ms点的高、低决定了钢淬火后残余奥氏体量的 多少。Ms温度愈低，残余奥氏体量越多。而残留 奥氏体量则影响淬火钢的硬度和精密零件的尺寸 稳定性等。 根据Ms温度高低，制订冷处理、回火工艺。
5.马氏体点
• Ms点是马氏体相变的开始温度，它是 奥氏体和马氏体的两相自由焓之差达 到相变所需耍的最小驱动力值时的温 度。 • 奥氏体和马氏体两相自由焓相等的温 度是平衡温度，表示为T0。 • 马氏体相变需在T0以下某一温度开始， 这个温度即为Ms温度。
马氏体点与成分的关系
• Ms（℃）＝550－361×（％C）－39×（％Mn）35(%V) -20(%Cr) -17(%Ni) -10(%Cu) 5×(%Mo+%W)+15×(%Co)+30(%Al) • Ms（℃）＝538－317×（％C）－33×（％Mn） 28(%Cr) -17(%Ni) -11×(%Mo+%W+Si%) • 马氏体点与元素含量成线性关系。 • 上述2式成立的条件是完全奥氏体化，并且它们不适 用于高碳钢和高合金钢。
按照KRC、LFG模型计算的相变驱动力
• 铁基合金中马氏体相变驱动力均为-1180 J/mol以上。 • 在有色合金中，马氏体相变驱动力均较 小，多为热弹性马氏体。如Co合金中为4～-16J/mol；钛合金、锆合金中为-25 J/mol；Ag和Au合金中为-8～-20 J/mol； In合金中约为-1.5 J/mol。
切变应变能计算：
Aaronson等采用下列方程进行计算
T E 13 2 V c W 1 41 b 2
Wε=1400J·mol-1（350℃）。 高碳凸透镜状马氏体,算得Wε=7340J· mol-1。
加上936J·mol-1
显然切变造成的应变能与其他各项阻力之和大于相 变驱动力，相变驱动力不足以完成切变过程。
4.马氏体相变阻力
马氏体相变的阻力均为正值，暂不考虑切变阻力，则应当包 括如下各项： (1)因为比体积变化引起膨胀所造成的应变能 Nv； (2)在马氏体内部形成高密度位错、大量孪晶、微细层错所 需的能量，分别记为Nd、Nt、Nc； (3)马氏体周围的奥氏体中形成位错所需的能量也记为 Nd； (4)马氏体板条或片的界面能记为Nj； (5)其他能量：表面能Ns，磁场能Nm，应力场能Ny，母相缺 陷能Nq等。 (6)释放相变潜热Qf。 • 母相缺陷能Nq对于马氏体相变形核起促进作用，但不是所 有缺陷处都形核，一部分遗传给新相。故忽略 Nq 。 各项阻力之总和为： • ΣN=Nv+Nd+Nt+Nc+Nj+Ns+Nm+Ny+Qf 式中，各项能量单位的量纲以J/mol表示。
2.Fe-C合金马氏体相变热力学条件
马氏体、奥氏体的自由焓与温度的关系
几种，相变驱动力随着碳浓度的增高而增大。 说明高碳马氏体相变需要较大的过冷度。增加奥氏体中的碳含量， 则降低马氏体点（Ms），在具有更大相变驱动力的情况下才能发生 马氏体相变。
4.5 马氏体相变热力学
内蒙古科技大学 刘忠昌教授
1.马氏体相变热力学分类：
• 1）由面心立方母相转变为体心立方（正方） 马氏体的热力学，主要以铁基合金为代表， 其中，Fe-C合金进行了较多的工作。对马氏 体点（Ms）能直接由热力学数学处理求得近 似值。并且确定相变驱动力在282卡/克原子 以上（1180J/mol）。 • 2）由面心立方转变为六方ε-马氏体的热力 学，如钴、钴合金、Fe-Ni-Cr不锈钢等，其 相变驱动力较小，仅数十J/mol。 • 3）热弹性马氏体热力学，相变驱动力很小， 热滞小（几个J/mol）。
4.1 纯铁马氏体相变时的阻力
3 共格 体积应变能： U V E 2 2
计算得马氏体相变的体积应变能为Nv=509J· mol-1。
位错应变能约为Nd=418J· mol-1 总阻力= Nv+Nd+Nc+Nj =936J· mol-1 （纯铁马氏体相变临界相变驱动力为-1180 J· mol-1 ）
• (3)马氏体的性能与马氏体的形态和亚结构有密切 的关系。因此调整马氏体点，不仅能减少变形开 裂，而且可望获得较好韧性。这对结构钢和工具 钢均有重要意义。 • (4)对于奥氏体一马氏体沉淀硬化不锈钢可利用碳 化物析出控制奥氏体中的实际溶碳量来调节钢的 马氏体点。将Ms点调整到室温以下，得奥氏体组 织，以便冷加工。