马氏体转变

第四章马氏体转变

4-1 M转变的主要特征

1．M转变属于非扩散相变，具有无扩散性

实验依据

(1)M的化学成分与转变钱A的化学成分完全相同

(2)穆斯堡尔谱测定的结果表明，在发生M转变时原来A中碳原子所处的位置，直接遗传给M

(3)M转变速度极快，即使在下，M长大速度为，每一片M形成约需

上述三点证明M转变过程未发生原子的扩散，非扩散机制

无扩散含义：（a）相变时原子的位移量小于一个原子间距

（b）在M转变前的原子的相对位置不变

（c）转变过程原子协同移动（军队式转变）

2．M转变的共格切变性

在发生M相变时，原来磨光的表面上会出现浮凸，原来划在表面上的直线变成折线，而且即不断开也不弯折，因而说明：

（1）发生倾动的表面一直保持为一个平面，即发生了均匀的切变

均匀切变：晶胞的变形和晶体的宏观变形相似

（2）A/M界面为共格或半共格

（3）M转变时有一个惯习面，M与A之间有一定的位向关系、

惯习面：M总是在母相A的一定晶面上形成，这一定的晶面称之为惯习面。以母相的晶面指数表示。M的惯习面随钢中的含碳量不同而不同，例如

马氏体的惯习面尺寸不变，也不转动，所以称为不变平面，M转变时发生共格切变，总是保持惯习面为不变平面，因为M转变时的应变又称为不变平面应变。

位向关系：M与原A为共格或半共格，故存在位向关系，现以观测到的有

定义：M转变：在冷却过程中发生无扩散，共格切变方式的固态相变。称之为M转变。其转变产物为M。

马氏体：是无扩散，共格切变式的固态转变的产物，M是非平衡相变的产物，因而是非平衡组织是亚稳组织，有向稳定组织转变的自发趋势。

3 M相变属一级相变，有体积效应。（V=0）;热效应（H 0），M转变形核长大过程。属于有核相变。

4 M转变动力学具有多样性，变温形成。等温形成，爆发形成等。

5 M转变具有不完全性。组织中总含有残余A，且钢的含碳量越高，Ar量也越多。

6 M的转变的可逆性，A M。As~~Af。As高于Ms，Au—ed，Ag—cu，

As与Ms仅差20~50.C，Fe—Ni大400。C。Fe—C合金未发现逆变。

7 M转变具有普遍性，黑色，有色，陶瓷都有M转变。

4—2M的晶体结构

1M点阵常数。

早在20年代人们用X射线的方法测定室温下，常用碳钢点阵常数a和c，计算c/a（正方度）发生它们和M的含碳量呈线性关系，并可导出一组公式

A1=2.861A0 A-FD点阵常数c/a~正方度由此可见由于c原子强制溶入使c/a不等于1a-Fe

晶格严重畸变，定量分析M中碳含量，即可通过测出M点阵常数和正方度来求得M中的含C量

1965年以后测定<0.2%c的低碳钢的点阵常数发现其c/a=1称它为立方M对于c/a 1的正方M 此时c含量.0.2%c

2.碳在A中位于八面体间隙的中心，当A M时，碳原子仍然处于原来的6个Fe原子之间，偏八面体间隙长轴为a短轴为a短轴的八面体间隙为直径0.38AO碳原子直径为1.54AOM转变的碳原子不动，Fe原子进行改动M的晶格畸大室温溶碳仅为0.006%

偏八面体间隙在M中有三套位置（短轴的方向有abc轴）称之为三个垂点

亚点阵：点阵中某些性质其中碳原子所在的位置相同的位置构成新的点阵，称之为亚点阵

65年测出形成的M 点阵常数时发现通常测量的M 的点阵常数代表8%c原子分不第三点阵上，而另外的原子则分布在第一和第三点阵上，碳原子在M 中的分布是有序的。

3.M点阵类型。

（2）—M有成流放M存在于Fe—Mn，18-8不锈钢，Fe—Ru Fe—Ir.合金中，是密排六结构。

（3）通常正方M —反常轴比M。存在与低于室温的条件下，当被重新加热至室温其c/a增大，一般认为有完全无序转变为有序分布。加热后可能转变为正方M或立方M二者之一，发现与Mn钢，er钢。铑钢和铼钢中。

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M组织形态，M的形成条件不同，其组织形态亦不同。

半条M出现在低碳钢中所以成为低碳钢。

（1）基本形貌：单动轴扁板条：宽度为0.125~~~0.25um。（2）组合方式平行排列，若干板条两相平行排列组成同为向东，东内各板条间为小扁度晶界，几个同位相东构成一个板条群与板条群为大角度晶界，板条群的大小随A晶粒增大而增大。

（3）亚结构在板条的内部存在着大量位错，p=0.3~~0.9*1012cc/cm2孪晶板力，故又称之为位错M 。

（4）形成温度0.2%c的钢其Ms>=300oc,所以又称高温M . （5）形成速度慢，长大速度为102mm/scc，所以又称低速M。（6）位向关系，k—s关系，贯习面为（111）。

（7）M板条间可能存在很薄的Ar（200Ao）很稳定。

总之板条M含碳量低，由板条组成互相平行排列，尺寸均匀，亚结构为高密度的位错，内含有少量的AR(极少)。

2.片状M

（1）特点

1基本单元形貌，单晶呈片状，断面呈针状立体形状，双凸透镜状，又称透镜M.

2组合方式，M生成一定角度，大小不一先大后小，有Ar

3有中脊面其厚度为0.5~~0.7um

4亚结构：分布在中脊面两侧的微细孪晶。孪晶面为[112]故又称孪晶M，孪晶厚度为50~~60Ao，M的边缘位高密度的位错，随形成温度降低孪晶区的比例上升。

5形成为温度降低又含碳>1%,其Ms<接近室温。所以又称低温M。

6形成速度快：形成一片M只需10-5~~10-7秒，长大速度为105cm/s又称为高速M。

7.位向关系与惯习面.形成温度低时为西山关系，形成温度高时为K-S关系。<1.4%时贯习面（225）A >1.4%时（259）A.

8.M中有显微裂纹

总之，片状M含碳量高，各片非平行生成。互成一定角度，大小不一，亚结构以孪晶为主，有较多的AR且内部有显微裂纹。

（2）关于高碳片状M的显微裂纹

1危害，使M的塑性降低，显微裂纹的策源地。

2微裂纹可能出现的位置，见图。

3片状M形成微裂纹的原因

（a）M片互成一定角度，彼此有撞击。

（b）形成速度快，当受到晶界，夹杂物，K的阻力时撞击应力大。

（c）亚结构为孪晶，临界切应力大变形能力低，含碳量多。塑韧性差

（d）微裂纹度量方法，用微裂纹敏感度sv来表示

Sv=片状M中微裂纹总面积/片状M的体积

即单位体积中的微裂纹面积

（e）影响sv的因素。

A晶粒粗大时，M片亦粗大sv增大

A中含碳量升高时，Ms下降形成片状M 的百分数上升.sv上升。由过共析钢

的A的温度为Ae+30~50可以保证A晶粒细小，A中含碳量不致太高，可以使

sv下降对片状M可以使微裂纹得到填合。

3蝶状M，在Fe-Ni，Fe-Ni-e合金中

（1）形成温度范围板条M与片状M形成温度之间

（2）立体形态，细长棒，截面呈蝶状

（3）亚结构，高密度的位错未发现有孪晶

（4）位向关系：k-s关系

4薄板状M

（1）形成温度小于负100度，在Fe-Ni，Fe-Ni-e合金中

（2）空间形态为真正的薄板，无中脊包办边缘垂直

（3）各薄板可以交叉，铰接，合并，分叉

（4）薄板内布满[112]m孪晶

（5）惯习面（259）A

（6）对A进行塑性变形时可以诱发生成，由于塑变诱发生成的M成为形变诱发M

碳钢板条M片状M是两种最常见的M组织形态。

5工业钢实际淬火时形成M的形貌

工业钢的正常淬火加热温度下，过共析钢为ac1+30-50所得的A晶粒细小，淬火后M也极为细小，在一般的光学显微镜下无法看清，的片状和板条，这种组织成为隐晶M，一般M的含碳量0.6%的碳钢快速加热时也得到隐晶M。

6控制M的形态及其亚结构的因素。

（1）含碳量对Ms及形态的影响碳钢中随含碳量的上升，淬火所得如下组织

C%<0.2% Ms>300.c板条

C%》0.5% 75%板条+25%片状

C%=0.77% 50%板条+50%片状

C%=1.0% 片状