钛合金中的马氏体相变 ppt课件
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钛合金中的马氏体相变
• 二、其他金属中的马氏体相变
•
20世纪以来，对钢中 马氏体相
变的特征累积了较多的知识，又相继发现
在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变，
如：Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、
Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-
Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni
钛合金中的马氏体相变
• 3.2 钛合金马氏体相变的原理
高纯钛在缓冷退火后，获得多 面的α组织，如果自高温快速冷却，将发 生马氏体转变，晶界变得不完整且呈锯齿 状。钛合金自高温快速冷却时，视合金成 分的不同， β相可转变为马氏体（α‘或 者α“）、ω相或者过冷β相，在快速冷 却过程中，由于从β相转变为α相的过程 来不及进行， β相将转变为成分与母相相 同、晶体结构不同的过饱和固溶体，即马 氏体。
钛合金中的马氏体相变
2012730047
钛合金中的马氏体相变
一、马氏体 - 马氏体概念
马氏体最初是在钢（中、 高碳钢）中发现的：将钢加热 到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能 使钢变硬、增强的一种淬火组织。
最先由德国冶金学家 Adolf Martens(1850-1914)于19世纪 90年代在一种硬矿物中发现。马氏体的三维组织形态通常有片 状(plate)或者板条状(lath)，片状马氏体在金相观察中（二维） 通常表现为针状（needle-shaped），这也是为什么在一些地方 通常描述为针状、竹叶状的原因，板条状马氏体在金相观察中 为细长的条状或板状。奥氏体中含碳量≥1%的钢淬火后，马氏 体形态为片状马氏体，当奥氏体中含碳量≤0.2%的钢淬火后， 马氏体形状基本为板条马氏体。马氏体的晶体结构为体心四方 结构（BCT）。中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。高 的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一，同时马氏体的脆 性也比较高。
的过饱和代位固溶体, 而不是间隙固溶体; 马氏
体强化效果远不及钢铁材料;钛合金的马氏体条或
马氏体片比钢铁中的马氏体粗大, 马氏体的亚结
构也有较大的区别。
钛合金中的马氏体相变
等。目前广泛地把基本特征属马氏体相变
型的相变产物统称为马氏体。
钛合金中的马氏体相变
• 三、钛合金中的马氏体相变
3.1 钛的同素异构转变
钛具有同素异构转变，在882.5℃以 下为具有密排六方晶体结构的α- Ti，其 晶格常熟c、a分别为0.46849nm和 0.29511nm。在882.5℃以上具有提心立方 晶体结构的β-Ti，其晶格常数a为 0.33065nm。 α- Ti ↔ β-Ti的转变温度 称为β相变点，高纯钛的β相变点是 882.5 ℃，单对成分十分敏感，该温度是 制订钛合金热加工工艺规范的一个重要参 数
动力学特点：转变无孕育期; 瞬间形 核长大, 转变速度极快, 每个马氏体瞬间长到最 终尺寸; 恒温转变量极少, 主要在不断冷却中增 加体积分数。
切变特点: 马氏体转变是晶体切变过 程, 在切变过程中完成晶格重构。
钛合金中的马氏体相变
晶体学特点: 马氏体晶格与母相β相 之间存在严格取向关系, 而且马氏体总是沿着β 相的一定晶面形成。
素浓度较低，呈块状, 在电镜下呈板条状,
在板状马氏体内部存在高密度位错。合金元
素浓度较高时, α‘呈针状组织, 在针状马
氏体内部存在大量孪晶。 α“则呈更细的针
状组织, 在电镜下可以观察到密集的孪晶结
构。马氏体转变开始温度Ms 和终止温度Mf取
决于合金的化学成分。一般说来, 合金中的
β稳定元素浓度越高, 则相变过程中晶格重
构的阻力越大, 相变所需的过冷度也越大,
Ms 和Mf 越低。
钛合金中的马度达到 临界值C0与C1时，合金
的Ms点和Mf点分别达到 室温。
图2 Ms和Mf的关系
钛合金中的马氏体相变
3.3 钛合金相变马氏体的特点
钛合金的马氏体相变属无扩散型相 变,在相变过程中不发生原子扩散, 只发生晶格重 构。它具有马氏体相变的所有特点。
钛合金中的马氏体相变
在钛合金中经常加入的合金元素 有Al、Sn、Zr、V、Mo、Mn、Fe、Cr、Cu、 Si 等,其中Al、Sn、Zr 加入后将扩大α相 区, 使β相变点升高, 称为α稳定元素。 其它元素加入后将缩小α相区( 扩大β相 区) , 使β相变点降低, 称为β稳定元素。
钛合金中的马氏体相变
在发生马氏体相变时，不发生 原子扩散，仅发生β相原子集体的、有规 律的近程迁移，迁移距离较大时形成α‘， 迁移距离较小时形成α“。 β 、 α‘和 α“之间的晶体结构如下图所示：
图1 面心立方的β相( a) 、密排六方的 α‘ ( 或α“)钛合(金中b的马)氏体及相变 斜方的α“( c)
•
α‘有两种组织形态: 合金元
热力学特点: 马氏体转变的阻力很大, 转变时需要较大的过冷度, 而且马氏体转变只能 在越来越低的温度下进行。
钛合金中的马氏体相变
•
与钢铁中的马氏体相变相比, 钛
合金的马氏体相变有以下特点: 马氏体与母相的
晶体学取向不同, 马氏体惯析面也不相同; 转变
产物既可能是马氏体, 也可能是另一种过饱和固
溶体ω 相; 马氏体和ω相均是合金元素在α相中
• 二、其他金属中的马氏体相变
•
20世纪以来，对钢中 马氏体相
变的特征累积了较多的知识，又相继发现
在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变，
如：Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、
Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-
Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni
钛合金中的马氏体相变
• 3.2 钛合金马氏体相变的原理
高纯钛在缓冷退火后，获得多 面的α组织，如果自高温快速冷却，将发 生马氏体转变，晶界变得不完整且呈锯齿 状。钛合金自高温快速冷却时，视合金成 分的不同， β相可转变为马氏体（α‘或 者α“）、ω相或者过冷β相，在快速冷 却过程中，由于从β相转变为α相的过程 来不及进行， β相将转变为成分与母相相 同、晶体结构不同的过饱和固溶体，即马 氏体。
钛合金中的马氏体相变
2012730047
钛合金中的马氏体相变
一、马氏体 - 马氏体概念
马氏体最初是在钢（中、 高碳钢）中发现的：将钢加热 到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能 使钢变硬、增强的一种淬火组织。
最先由德国冶金学家 Adolf Martens(1850-1914)于19世纪 90年代在一种硬矿物中发现。马氏体的三维组织形态通常有片 状(plate)或者板条状(lath)，片状马氏体在金相观察中（二维） 通常表现为针状（needle-shaped），这也是为什么在一些地方 通常描述为针状、竹叶状的原因，板条状马氏体在金相观察中 为细长的条状或板状。奥氏体中含碳量≥1%的钢淬火后，马氏 体形态为片状马氏体，当奥氏体中含碳量≤0.2%的钢淬火后， 马氏体形状基本为板条马氏体。马氏体的晶体结构为体心四方 结构（BCT）。中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。高 的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一，同时马氏体的脆 性也比较高。
的过饱和代位固溶体, 而不是间隙固溶体; 马氏
体强化效果远不及钢铁材料;钛合金的马氏体条或
马氏体片比钢铁中的马氏体粗大, 马氏体的亚结
构也有较大的区别。
钛合金中的马氏体相变
等。目前广泛地把基本特征属马氏体相变
型的相变产物统称为马氏体。
钛合金中的马氏体相变
• 三、钛合金中的马氏体相变
3.1 钛的同素异构转变
钛具有同素异构转变，在882.5℃以 下为具有密排六方晶体结构的α- Ti，其 晶格常熟c、a分别为0.46849nm和 0.29511nm。在882.5℃以上具有提心立方 晶体结构的β-Ti，其晶格常数a为 0.33065nm。 α- Ti ↔ β-Ti的转变温度 称为β相变点，高纯钛的β相变点是 882.5 ℃，单对成分十分敏感，该温度是 制订钛合金热加工工艺规范的一个重要参 数
动力学特点：转变无孕育期; 瞬间形 核长大, 转变速度极快, 每个马氏体瞬间长到最 终尺寸; 恒温转变量极少, 主要在不断冷却中增 加体积分数。
切变特点: 马氏体转变是晶体切变过 程, 在切变过程中完成晶格重构。
钛合金中的马氏体相变
晶体学特点: 马氏体晶格与母相β相 之间存在严格取向关系, 而且马氏体总是沿着β 相的一定晶面形成。
素浓度较低，呈块状, 在电镜下呈板条状,
在板状马氏体内部存在高密度位错。合金元
素浓度较高时, α‘呈针状组织, 在针状马
氏体内部存在大量孪晶。 α“则呈更细的针
状组织, 在电镜下可以观察到密集的孪晶结
构。马氏体转变开始温度Ms 和终止温度Mf取
决于合金的化学成分。一般说来, 合金中的
β稳定元素浓度越高, 则相变过程中晶格重
构的阻力越大, 相变所需的过冷度也越大,
Ms 和Mf 越低。
钛合金中的马度达到 临界值C0与C1时，合金
的Ms点和Mf点分别达到 室温。
图2 Ms和Mf的关系
钛合金中的马氏体相变
3.3 钛合金相变马氏体的特点
钛合金的马氏体相变属无扩散型相 变,在相变过程中不发生原子扩散, 只发生晶格重 构。它具有马氏体相变的所有特点。
钛合金中的马氏体相变
在钛合金中经常加入的合金元素 有Al、Sn、Zr、V、Mo、Mn、Fe、Cr、Cu、 Si 等,其中Al、Sn、Zr 加入后将扩大α相 区, 使β相变点升高, 称为α稳定元素。 其它元素加入后将缩小α相区( 扩大β相 区) , 使β相变点降低, 称为β稳定元素。
钛合金中的马氏体相变
在发生马氏体相变时，不发生 原子扩散，仅发生β相原子集体的、有规 律的近程迁移，迁移距离较大时形成α‘， 迁移距离较小时形成α“。 β 、 α‘和 α“之间的晶体结构如下图所示：
图1 面心立方的β相( a) 、密排六方的 α‘ ( 或α“)钛合(金中b的马)氏体及相变 斜方的α“( c)
•
α‘有两种组织形态: 合金元
热力学特点: 马氏体转变的阻力很大, 转变时需要较大的过冷度, 而且马氏体转变只能 在越来越低的温度下进行。
钛合金中的马氏体相变
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与钢铁中的马氏体相变相比, 钛
合金的马氏体相变有以下特点: 马氏体与母相的
晶体学取向不同, 马氏体惯析面也不相同; 转变
产物既可能是马氏体, 也可能是另一种过饱和固
溶体ω 相; 马氏体和ω相均是合金元素在α相中