潘金生《材料科学基础》(修订版)(章节题库 固态相变(Ⅱ)——马氏体相变)【圣才出品】

第12章　固态相变（Ⅱ）——马氏体相变

一、填空题

马氏体相变的两个基本特点是______和______。

【答案】无扩散型相变；共格切变

二、判断题

如果合金在母相态原子的排列是有序的，则经过马氏体相变后，马氏体中原子的排列变为无序。（）

【答案】×

【解析】因马氏体相变无扩散过程，如果合金在母相态的排列是有序的，经过马氏体相变后，马氏体中原子的排列仍然是有序的。

三、名词解释

1．马氏体相变

答：马氏体相变是遵循无扩散、切变方式的相转变过程。

2．淬透性与淬硬性

答：淬透性是指合金淬成马氏体的能力，主要与临界冷速有关，大小用淬透层深度表示。而淬硬性是指钢淬火后能达到的最高硬度。主要与钢的含碳量有关。

四、简答题

1．同素异晶转变、马氏体相变、脱溶转变有何主要区别？

答：同素异晶转变主要是纯组元固态下出现的相变，没有成分变化，短程扩散过程控制；马氏体相变是无扩散、切变型相变，在纯金属及合金中都会出现，是界面过程控制的。脱溶出现在合金中，有成分变化，主要是长程扩散控制的。

2．马氏体的强化要素有哪些?请详细说明马氏体的强度和韧性与其含碳量、组织形态及亚结构的关系。

答：马氏体的强化要素有碳原子的间隙固溶强化作用；C原子团簇对位错的钉扎作用；C原子进入马氏体晶体结构的扁八面体中心，造成非对称点阵膨胀（形成畸变偶极应力场），产生的强烈的间隙固溶强化作用；晶界、位错、孪晶的强化作用。

马氏体的强度和韧性与其含碳量、组织形态及亚结构密切相关。铁碳合金中，含碳量w C＜0.3％，形成板条状马氏体，具有位错亚结构，强度较低，塑性和韧性好；

w C＞1.0％，形成片状马氏体，具有孪晶亚结构，强度高，但塑性和韧性差；

0.3％＜w C＜1.0％，形成板条马氏体＋片状马氏体的混合组织，具有位错和孪晶的混合亚结构，可获得优良的强韧性综合性能。

3．简述马氏体高强度的本质。

答：马氏体具有高强度的原因是多方面的，其中主要包括相变强化、固溶强化和时

效强化等。

（1）相变强化：马氏体相变的切变性造成在晶体内产生大量的微观缺陷（位错、孪晶以及层错），使马氏体得到强化。

（2）固溶强化：过冷奥氏体切变形成马氏体时，使得α相中的C ％过饱和，C 原子位于α相扁八面体中心，C 原子溶入后形成以C 原子为中心的畸变偶极应力场，这个应力场与位错产生强烈的交互作用，使马氏体的强度升高。

（3）时效强化：溶质原子（C 、N ）偏聚到位错线处，钉扎位错使得马氏体的强度升高。

（4）相界强化：M 板条、片尺寸小，界面增加，位错阻力增加，强度、硬度增加。

（5）细晶强化：原始晶粒细小，M 尺寸小，强度、硬度增加。

（6）化学成分：加入碳化物形成元素Cr 、W 、Mo 、V 等，降低扩散系数，反之亦然；加入A 组元，使B 组元熔点降低，则扩散系数提高，反之亦然。

4．根据共析碳钢的过冷奥氏体转变C

曲线（TTT 曲线）（如图12-1所示），请写出经过图中所示6种不同工艺处理后材料的组织名称。

图12-1

答：（1）马氏体＋残留奥氏体，M ＋A′。

（2）马氏体＋下贝氏体＋残留奥氏体，M ＋B 下＋A′。

（3）索氏体＋马氏体＋残留奥氏体，S ＋M ＋A′。

（4）索氏体或珠光体，S 。

（5）下贝氏体，B 下

。（6

）珠光体，P

。5．马氏体相变中，马氏体A.和奥氏体（

）之间存在如下的取向关系：{011}a//{111} 奥氏体为面心立方结构，马氏体假设为体心立方结构，

（1）分别画出奥氏体的（111）、

与马氏体的（110）a 、晶面和

晶向。

（2）对于不同的{111}等效晶面，试各写出一组满足上述取向关系的晶面和晶向指数。例如：其中一种取向关系的晶面和晶向指数为（110

）a//（111）

、

、并且和晶向分别在（110）a

和（111）晶面上。答：（1）图12-2

（2）在a 中{011}等效面共6个，即（011），（101），（110）

，

在中{111}等效晶面共4个，即

因此，满足题述取向关系的晶面和晶向应该共有24种，现举满足题意要求的四组为例：

6．何为马氏体相变?并简述马氏体相变的结晶学特征。

答：马氏体相变是指晶体在外加应力的作用下通过晶体的一个分立体积的剪切作用，以极其迅速的速度而进行的相变，马氏体相变是固态相变的基本形式之一。

马氏体相变的结晶学特征有：相变时新相与母相之间具有严格的取向关系，靠切变维持共格关系，并存在一个习性平面，在相变前后保持既不扭曲变形也不旋转的状态，在宏观上是连续的。

7．简述马氏体相变的基本特征。

答：马氏体相变的基本特征表现为（主要为前两点）：

（1）无扩散性。马氏体相变时无需原子的扩散，没有原子的混合与再混合过程。新相M与母相A的化学成分完全相同。

（2）切变性，具体体现为：

①相变的协调一致性：A→M（FCC→BCC）。通过原子的整体协调运动（切变），晶体结构从FCC变成BCC。原子的移动距离小于原子间距。

②表面浮凸效应。在经过抛光的表面，若发生马氏体转变，在切变时，将产生表面浮凸效应。这是由于点阵形变在转变区域中产生形状改变。

③惯习面。M 总是在母相的特定晶面上析出，伴随着M 相变的切变，一般与此晶面平行，此晶面为基体与M 相所共有，称为惯习面。

④新相与母相之间存在确定晶体学位向关系。两种著名的取向关系（钢的M 转变），即K-S 关系和西山关系。实际材料的马氏体转变，一般与上述关系存在几度的偏差。

（3）马氏体相变时伴随有点阵畸变。

（4）马氏体转变存在开始温度M s 和终了温度M f （或M z ）。

五、计算题

推导从液相中均匀形核形成奥氏体的临界形核功的表达式。（假定奥氏体晶核为球体，

球的表面积＝4πr 2，球的体积，r

为球的半径）解：当过冷液体中出现一个晶胚时，总的自由能变化△G 应为

①

令，可求得

②将式②代入式①可得

由于

所以