4.5马氏体相变热力学ppt解析

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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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。
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Fe-C合金马氏体相变驱动力
从纯铁到1.2%C的Fe-C合金，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。
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。
4.1 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 ）
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。
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）。
• (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。
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。