第五章马氏体转变(141)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
具体由C%定
③马氏体晶体结构不完整性：
M 转变中存在较大内应力 →各种缺陷(位错、层错等)
2 马氏体正方度与含碳量的关系
（1）正方度与含碳量的关系
——正方度基本只与含碳 量有关，并随 C% 增 加而升高。 ① c = a0 +αP ; ② a = a0 -βP ; ③ c/a =1+γp P—含碳量； a0 —α-Fe晶格常数 α、β、γ—常数
出现；
(4)κ′马氏体： bcc、 bcp, 与α马氏体相似但晶格常数不
同(c/a 小得多，又称反常轴比马氏体)，只存在于 低温条件(<0℃)下，温度升至室温κ′→α
(5)φ相马氏体：单斜晶系，极不稳定，易转化成κ′
实际常用碳钢、合金钢的马氏体转变：
① γ→ αM (Ms>0℃) ； ②γ→κ′→αM(Ms<0 ℃) ；
c
a b
——扁八面体 间隙位置
(1) α马氏体
体心立方(b.c.c), C%<0.1%， c/a=1
体心正方(b.c.t), C%： 0.1%~1.4%, c/a>1； b＝a
体心斜方(b.c.p), C%>1.4%, c/a>1, b/a>1
其它类型马氏体
(2) ε马氏体：密排六方(h.c.p)，淬火中常见中间相 (3)ε′马氏体：密排菱面体, γ→ε的中间相，缺陷多时易
特征：①不转动；②不畸变 —— 是一不变平面。
不变平面
a)膨胀
b)孪生时 的切变
c)马氏体相变时 的切变 + 膨胀
三种不变平面应变
M板条单晶 M板条束
①单元体的立体形态 细长板条状，每个板条为一个
M单晶，尺寸0.5*5.0*20m ，惯 习面{111}γ 。 ②结合特怔
a)在一个奥氏体中，可形成几 个不同位向的马氏体群(通常3~5 个)；群内含数量不等、位向大 体一致但呈大角度的马氏体束 (块)；束由众多细小平行的板条 单晶排列而成。 b) 板条多被残余A薄膜（20nm 厚度）隔开。
——体心正方结构时存在正方度， 而体心立方结构时正方度为1
造成正方度的主要原因：
C 原子择优占据、有序分布于立方 C 轴的 八面体间隙位置。 ——若 C 原子无序分布→立方结构。
（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：
①低轴比： C 原子同时占据八面体和四面体间隙位置 ┗ Ms<0 ℃的高碳钢、 Fe-Mn-C 合金等中
②高轴比： C 原子只占据一个立方轴方向wk.baidu.com的八面体间隙 , 造成间隙 C 原子分布的极度有序化。 ┗铝钢、高镍钢
与K-S关系
比较 差1 ° 差2 °
（ 011
）
＇
(111 )
10 1 , 11
1 ＇
（ 011
）
＇
( 111 )
10 1 , 11
1 ＇
（ 011
）
＇
( 111 )
10 1 , 11
1 ＇
K-S关系
西山关系
西山关系与K-S关系间:平行的面相同，晶向不同，差5°16′ G-T关系与K-S间：平行的面和晶向均不同，分别差约1 °和2 °
M形成时，不仅和母相A有一定的位相关系，而 且总是在A一定的晶面上形成，该A晶面叫惯习面
——奥氏体强度低易于形成位错型马氏体 奥氏体强度越高，越易于形成孪晶型马氏体
例如：
——参见P98
实际中发现： ——淬火马氏体金相形态与转变温度相关
转变温度高于200 ℃——板条状马氏体； 转变温度低于200 ℃——片状马氏体
由于 C%↑，Ms及Mf↓，实际转变温度区间会变化 →形态与C%关系:
低碳——板条状 ————Mf >200 ℃ 高碳——片状 ————Ms< 200 ℃ 中碳 ——板条状+片状 ——Ms >200 ℃ > Mf
﹂只有晶格改组而无成分变化
非扩散型转变
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
晶体结构类型： 体心立方或体心正方等结构 后者存在正方度： c/a c/a =1+0.046C% ——与 C 含量有关
——切变共格性
——C含量越高，Ms越低，残余奥氏体越多
形状改变 界面 界面
总体：钢及铁合金中马氏体的组织形态
一、板条M 成分：低碳钢、中碳钢、马氏体时效钢和不锈钢 显微组织：许多成群的板条细晶粒组成 亚结构：主要是高密度的位错
二、片状M 成分：高碳钢、中碳钢、高Ni的Fe-Ni合金 显微组织：大小不等、互成一定角度的双凸透镜形、
片状、针状晶粒 亚结构：主要是孪晶----孪晶M
M时效钢： 典型钢种： 如铁基中含17%～19% Ni， 7%～9% Co，4.5%～5% Mo和0.6%～0.9% Ti（无碳或微碳）。这类合金经淬火成马氏 体，然后在480～500℃回火。回火中，由于 合金元素在马氏体中过饱和，沉淀析出后形 成金属间化合物，导致强的沉淀强化效果。
优点：良好冷变形能力，焊接性能，高强度 运用：火箭及导弹外壳。
200 ℃本质：奥氏体变形方式的分界温度
临 界
滑移
分 孪生 切
应 力
片状
板条状
200 ℃ 温度
滑移或孪生所需应力与温 度及马氏体亚结构的关系
(<21M0Ms↑，paA)，强度低 易滑移(所需应力小)
→位错 , 板条； Ms↓, A强度高
(>210Mpa)，
易孪生(所需应力小)
→孪晶 , 片状。
分界温度大约为200 ℃
M板条
M板条束
立体外形为V形柱状，横截面为蝶状 高碳Fe-C合金特 殊淬火处理后： 从粗片针状M晶 粒边沿或周围奥 氏体中长出
——实质是转变温度的影响 ——随转变温度的下降
——随C↑： Ms将↓； M实际转变温度↓
——层错能低易于形成位错亚结构的马氏体 例如薄板状ε′马氏体、板条马氏体。
第五章 马氏体相变
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。
共析碳钢奥氏体向马氏体转变式：
A
→M
f.c.c , 0.77C% → b.c.c or b.c.t , 0.77C%
③马氏体晶体结构不完整性：
M 转变中存在较大内应力 →各种缺陷(位错、层错等)
2 马氏体正方度与含碳量的关系
（1）正方度与含碳量的关系
——正方度基本只与含碳 量有关，并随 C% 增 加而升高。 ① c = a0 +αP ; ② a = a0 -βP ; ③ c/a =1+γp P—含碳量； a0 —α-Fe晶格常数 α、β、γ—常数
出现；
(4)κ′马氏体： bcc、 bcp, 与α马氏体相似但晶格常数不
同(c/a 小得多，又称反常轴比马氏体)，只存在于 低温条件(<0℃)下，温度升至室温κ′→α
(5)φ相马氏体：单斜晶系，极不稳定，易转化成κ′
实际常用碳钢、合金钢的马氏体转变：
① γ→ αM (Ms>0℃) ； ②γ→κ′→αM(Ms<0 ℃) ；
c
a b
——扁八面体 间隙位置
(1) α马氏体
体心立方(b.c.c), C%<0.1%， c/a=1
体心正方(b.c.t), C%： 0.1%~1.4%, c/a>1； b＝a
体心斜方(b.c.p), C%>1.4%, c/a>1, b/a>1
其它类型马氏体
(2) ε马氏体：密排六方(h.c.p)，淬火中常见中间相 (3)ε′马氏体：密排菱面体, γ→ε的中间相，缺陷多时易
特征：①不转动；②不畸变 —— 是一不变平面。
不变平面
a)膨胀
b)孪生时 的切变
c)马氏体相变时 的切变 + 膨胀
三种不变平面应变
M板条单晶 M板条束
①单元体的立体形态 细长板条状，每个板条为一个
M单晶，尺寸0.5*5.0*20m ，惯 习面{111}γ 。 ②结合特怔
a)在一个奥氏体中，可形成几 个不同位向的马氏体群(通常3~5 个)；群内含数量不等、位向大 体一致但呈大角度的马氏体束 (块)；束由众多细小平行的板条 单晶排列而成。 b) 板条多被残余A薄膜（20nm 厚度）隔开。
——体心正方结构时存在正方度， 而体心立方结构时正方度为1
造成正方度的主要原因：
C 原子择优占据、有序分布于立方 C 轴的 八面体间隙位置。 ——若 C 原子无序分布→立方结构。
（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：
①低轴比： C 原子同时占据八面体和四面体间隙位置 ┗ Ms<0 ℃的高碳钢、 Fe-Mn-C 合金等中
②高轴比： C 原子只占据一个立方轴方向wk.baidu.com的八面体间隙 , 造成间隙 C 原子分布的极度有序化。 ┗铝钢、高镍钢
与K-S关系
比较 差1 ° 差2 °
（ 011
）
＇
(111 )
10 1 , 11
1 ＇
（ 011
）
＇
( 111 )
10 1 , 11
1 ＇
（ 011
）
＇
( 111 )
10 1 , 11
1 ＇
K-S关系
西山关系
西山关系与K-S关系间:平行的面相同，晶向不同，差5°16′ G-T关系与K-S间：平行的面和晶向均不同，分别差约1 °和2 °
M形成时，不仅和母相A有一定的位相关系，而 且总是在A一定的晶面上形成，该A晶面叫惯习面
——奥氏体强度低易于形成位错型马氏体 奥氏体强度越高，越易于形成孪晶型马氏体
例如：
——参见P98
实际中发现： ——淬火马氏体金相形态与转变温度相关
转变温度高于200 ℃——板条状马氏体； 转变温度低于200 ℃——片状马氏体
由于 C%↑，Ms及Mf↓，实际转变温度区间会变化 →形态与C%关系:
低碳——板条状 ————Mf >200 ℃ 高碳——片状 ————Ms< 200 ℃ 中碳 ——板条状+片状 ——Ms >200 ℃ > Mf
﹂只有晶格改组而无成分变化
非扩散型转变
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
晶体结构类型： 体心立方或体心正方等结构 后者存在正方度： c/a c/a =1+0.046C% ——与 C 含量有关
——切变共格性
——C含量越高，Ms越低，残余奥氏体越多
形状改变 界面 界面
总体：钢及铁合金中马氏体的组织形态
一、板条M 成分：低碳钢、中碳钢、马氏体时效钢和不锈钢 显微组织：许多成群的板条细晶粒组成 亚结构：主要是高密度的位错
二、片状M 成分：高碳钢、中碳钢、高Ni的Fe-Ni合金 显微组织：大小不等、互成一定角度的双凸透镜形、
片状、针状晶粒 亚结构：主要是孪晶----孪晶M
M时效钢： 典型钢种： 如铁基中含17%～19% Ni， 7%～9% Co，4.5%～5% Mo和0.6%～0.9% Ti（无碳或微碳）。这类合金经淬火成马氏 体，然后在480～500℃回火。回火中，由于 合金元素在马氏体中过饱和，沉淀析出后形 成金属间化合物，导致强的沉淀强化效果。
优点：良好冷变形能力，焊接性能，高强度 运用：火箭及导弹外壳。
200 ℃本质：奥氏体变形方式的分界温度
临 界
滑移
分 孪生 切
应 力
片状
板条状
200 ℃ 温度
滑移或孪生所需应力与温 度及马氏体亚结构的关系
(<21M0Ms↑，paA)，强度低 易滑移(所需应力小)
→位错 , 板条； Ms↓, A强度高
(>210Mpa)，
易孪生(所需应力小)
→孪晶 , 片状。
分界温度大约为200 ℃
M板条
M板条束
立体外形为V形柱状，横截面为蝶状 高碳Fe-C合金特 殊淬火处理后： 从粗片针状M晶 粒边沿或周围奥 氏体中长出
——实质是转变温度的影响 ——随转变温度的下降
——随C↑： Ms将↓； M实际转变温度↓
——层错能低易于形成位错亚结构的马氏体 例如薄板状ε′马氏体、板条马氏体。
第五章 马氏体相变
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。
共析碳钢奥氏体向马氏体转变式：
A
→M
f.c.c , 0.77C% → b.c.c or b.c.t , 0.77C%