__马氏体转变

由于碳的过饱和作用,使α – Fe晶格由体心立方变成体心正 方晶格。致使马氏体具有体心正方晶格（a = b ≠c）
c
—C原子 —Fe原子
a
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碳择优分布在c轴方向上的八面体间隙位臵。这使得c 轴伸长，a轴缩短，晶体结构变为体心正方。 轴比c/a ——马氏体的正方度。
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5、ε马氏体 点阵结构： 密排六方（其它马氏体均为体心立方或体 心正方点阵结构） 特征：薄片状 亚结构：高密度层错
原因：奥氏体的层错能较低形成
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2.影响马氏体形态和亚结构的因素 (1)马氏体形成温度 一般地：在马氏体相变温度Ms ～Mf范围内，随马氏体 形成温度降低，马氏体形态将按
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二. 马氏体转变特点
1、表面浮凸效应和共格切变
马氏体转变切 变示意图
马氏体转变产生的表面浮凸
表面浮凸效应——切变使马氏体表面出现一边凹陷、一边凸起， 并带动附近奥氏体也发生弹性切变。 马氏体转变以切变方式进行—— 界面上原子为马氏体与奥氏体共有。
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马氏体无扩散切变相变证据： a. 碳钢中马氏体转变前后碳浓度没有发生变化， 仅发生晶格切变； b.马氏体转变可以在超低碳合金中发生，而且转 变速度极快，说明无碳扩散参与。 c.转变可在极低的温度进行（4K），此时相变已 不可能以扩散方式进行 因此：马氏体是碳在α-Fe中过饱和固溶体，马氏体是 从奥氏体直接转变而来，故马氏体与奥氏体碳含量 完全相同。
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{011}M
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{111}A
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b.西山关系 Fe-30%Ni合金在冷却至-70℃以下，奥氏体转变成 马氏体时存在如下位向关系（在室温以上形成马氏 体仍遵循K-S关系）
马氏体群
马氏体束
光镜下
马氏体群：形态上呈平行排列的板条集团 马氏体束：同取向（晶面平行关系）的板条集团 马氏体板条：马氏体的最基本单元，窄而细长。 板条宽度 0.1 ～ 0.2 微米，长度小于 10 微米，板条间往往存在 薄膜状的残余奥氏体
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2.影响马氏体形态和亚结构的因素 (2)化学成分 碳含量： ＜0.3%，板条马氏体； Fe-C合金中 ≈0.3～1.0%，板条马氏体和片状马氏体混合组织， ＞1.0%，片状马氏体。 合金元素： 缩小γ相区的，促使板条M形成； 扩大γ相区的，促使片状M形成； 显著降低γ层错能的，促使εM形成。
an incoherent twin boundary
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3、蝶状马氏体 特征：断面上两翼结合部分很象片状马氏体中脊， 由此向两侧张成取向不同的马氏体。立体形状“V”形 柱状，断面呈蝴蝶状。 亚结构：高密度位错。
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金属热处理原理及工艺
第七章
马氏体转变
7.1、马氏体的晶体结构和转变特点 7.2、马氏体的组织形态 7.3、马氏体的性能 7.4、马氏体相变的切变模型 7.5、马氏体转变的热力学 7.6、马氏体转变的动力学 7.7、奥氏体的稳定化
7.8、热弹性马氏体与形状记忆效应
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马氏体转变量是在Ms～Mf温度范围内，通过不断降温来增加的， 即马氏体转变量是温度的函数，与等温时间无关。
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马氏体转变量与温度的关系图
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由于多数钢的Mf在室温以下，因此钢 快冷到室温时仍有部分未转变的奥氏体存 在，称之为残余奥氏体，记为Ar或AR。 有残余奥氏体存在的现象，称为马氏 体转变不完全性。 要使残余奥氏体继续转变为马氏体， 可采用冷处理。
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二. 马氏体转变特点
3、M转变的位向关系及惯习面
马氏体转变时马氏体与奥氏体存在着严格的晶体学关系 ——位向关系和惯习面
（1）位向关系
相变时，整体相互移动一段距离，相邻原子的相对位臵无变 化。作小于一个原子间距位臵的位移，因此奥氏体与马氏体保 持一定的严格的晶体学位向关系。 位向关系有：（1）K—S关系
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蝶状马氏体 （a）Fe-18Ni-0.74Cr-0.5C，-10℃冷却， 35%Na2S2O5腐蚀 （b）应力诱生，Fe-29Ni-0.26C，0℃，40%加工
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4、薄片状马氏体 特征：立体形状为薄片状，其金相形态呈很细的带 状、并且相互交叉、分枝、曲折等形态。 亚结构：孪晶，但无中脊（与片状马氏体区别）
c
C原子在马氏体的晶胞中一组扁八面体间隙位臵可能存在的情况
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轴比c/a 称马氏体的正方度。 C% 越高，正方度越大，正方畸变越严重。 当＜0.25%C时，c/a=1，此时马氏体为体心立方晶格。
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（111）A
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<112>A
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二. 马氏体转变特点
3、M转变的位向关系及惯习面
（2）惯习面：
马氏体是在母相的一定晶面上开始形成的，这个晶面
就是惯习面。 {111}A、 {225}A、 {259}A。 通常：碳含量＜0.6%时，惯习面为{111}A ； 碳含量0.6—1.4%，惯习面为{225}A ；
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X射线结构分析测得含碳量与M点阵常数关系 c = a0 + α· ρ a = a0 －β·ρ c/a = 1+ γ·ρ a=b=c 立方结构 a=b≠c 正方结构 a0——α－Fe的晶格常数 ρ——M的含碳量 α，β，γ——常数
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临界冷却速度 V3 油冷 V2
空冷
S
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M＋ AR
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V1 炉冷 P
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时间(s)
7.1、马氏体的晶体结构和转变特点
一.马氏体的晶体结构 马氏体是碳在α－Fe中的过饱和固溶体，用符号M表示。
A fcc

M （α’ ） 体心正方
成分不变 结构变化
（2）西山（N）关系 （3）G—T关系
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二. 马氏体转变特点
3、M转变的位向关系及惯习面 (1)位向关系： a. K-S关系 晶面：{011}M∥{111}A 晶向：〈111〉M∥〈011〉A f.c.c
b.c.c
{111}A
板条状 蝶状 片状 薄片状 进行
亚结构则由位错逐步向孪晶转化。
MS点高的奥氏体，冷却后形成板条马氏体，亚结构为位错; MS点低的奥氏体， 冷却后形成片状马氏体，亚结构为孪晶;
MS点不高不低的奥氏体，冷却后形成混合型组织(片状+板条 马氏体)，亚结构为位错+孪晶。
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共析碳钢C曲线分析
温度 (℃) 800 700 600 500
稳定的奥氏体区 A1
A1～550℃;高温转变区; 过 A 冷 产 扩散型转变;P 转变区。 A向产物 + 奥 物 转变终止线 氏 产 区 550～230℃;中温转变 体 物 区;半扩散型转变; 400 区 A向产 区 贝氏体( B ) 转变区; 300 Ms 物转变开始线 200 230～ - 50℃;低温转 100 变区;非扩散型转变; M+AR 马氏体 ( M ) 转变区。 0 Mf
二. 马氏体转变特点
2、无扩散相变
原子切变变化位置
只有点阵改组，没 有成分变化
共格切变
A
界面推移
M
母相点阵上原子从一种排列转变到另一种排列,原来相邻 两个原子在相变后仍然相邻,它们之间相对位臵不超过一个 原子间距。即碳原子没有经过扩散就可进行马氏体转变。
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2、片状马氏体 形态：双凸透镜片状 中脊 第1片贯穿整个晶粒， 互不平行，愈来愈小。 亚结构：孪晶
出现在高碳钢中WC >1.0%
残余奥氏体分布在马氏体片间
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碳含量1.5—1.8%，惯习面为{259}A
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二. 马氏体转变特点
4、马氏体转变不完全性（非恒温性）

马氏体转变开始的温度称上马氏体点，用Ms 表示。 马氏体转变终了温度称下马氏体点，用Mf 表示. 只要温度达到Ms 以下即发生马氏体转变。 在Ms 以下，随温度下降，转变量增加，冷却中断，转变 停止。
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片状马氏体的亚结构：主要是孪晶。因此片状马 氏体又称为孪晶马氏体。
C%<1.4% C%>1.4%
（高 密度 细微 孪晶）
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f
a coherent twin boundary
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二. 马氏体转变特点
1、表面浮凸效应和共格切变 2、无扩散相变 3、M转变具有一定的位向关系及惯习面 4、马氏体转变不完全性（非恒温性） 5、马氏体转变的可逆性
冷却时，奥氏体转变成马氏体 重新加热时，马氏体又能无扩散的向奥氏体转变。 这种特点称为马氏体转变的可逆性。 M→A的逆转变也是在一定的温度范围内（As—Af）进行。 形状记忆合金的热弹性马氏体就是利用了这个特点。
晶面：{011}M∥{111}A 晶向：〈110〉M∥〈112〉A 12种 取向 A
{111}A 金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT
{011}M 本章首页
b.c.c
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M
{011}M
{111}A
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K-S关系与西山关系比较 晶面平行关系相同 晶向相差5°16′
1 10 102 103
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-100 0
104
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时间(s)
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马氏体相变：钢铁在经过奥氏体化温度后采取快速冷却， 抑制其扩散分解，在较低温度（＜Ms）下发生的无扩散 型相变。
温度 (℃ ) P S A1
实际生产
T
连续冷却
Ms V4 水冷 Vk
一个奥氏体晶粒内包含几个群，一个群内存在位向差 时，也会形成几个束。群和束都是由板条组成。群、 束之间均为大角度晶界，板条之间为小角度晶界。
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亚结构：位错 板条马氏体的亚结构主要 为高密度的位错，位错形成 位错网络（缠结），位错密 度随含碳量增加而增大，常 为(0.3～0.9) ×1012㎝/cm3。 故称位错马氏体。
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7.2 马氏体的组织形态
一. 马氏体形态 板条，片状，蝴蝶状、薄板状及薄片状 1、板条马氏体
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组织单元：群—束—板条 取向关系：K-S, 惯习面：{111}