第四章马氏体转变

重点与难点
• 重点： 1. 马氏体转变的主要特点； 2. Ms点定义及影响因素； 3. 马氏体的组织形态及力学性能。
• 难点： 1. 马氏体转变的特点； 2. 马氏体产生异常正方度的原因以及马氏 体相变的晶体学位向关系。 3. 影响马氏体转变的因素。
§4.1 马氏体的晶体结构和转变特点
§4.1.1 马氏体的晶体结构
• 马氏体的概念（用晶体结构的角度）：C在α-Fe中的过饱 和间隙固溶体。
α-Fe的含碳量：最大在727℃， 0.0218％C。 室温下，≈0.006％C
• 钢中M的性质主要取决于其晶体结构。经实验证实，M具
有体心正方点阵，-＇转变只有晶格改组而无成分变化，
即奥氏体中固溶的C全部保留在M点阵之中。随着M碳含量 的不同，其点阵常数也相应发生变化。
马氏体研发史
但是，就马氏体相变机制的研究，尚未形成完整而成熟的 理论体系，假说较多。
马氏体的概念尚不确切，马氏体相变的概念尚存在缺点， 需要使其更加正确。马氏体相变的自组织机制尚需要进一步 地深入研究。Cohen教授曾经指出：马氏体相变可能是自然 界中最为神奇美妙的过程之一。
马氏体相变是材料科学中重要的转变之一。其研究具有巨 大的理论和实际价值。
＝ 0.046
ρ-马氏体碳含量(重量百分Βιβλιοθήκη )4.1.1 马氏体的晶体结构
(二) 马氏体的反常正方度
1. 亚点阵概念 并非所有的C 原子都能占据可能位置，这些可能位置可分 为三组，每一组都构成一个八面体，C 原子分别占据着这些八 面体的顶点。由C 原子构成的八面体点阵称为亚点阵。
轴比c/a ——马氏体的正方
度。
碳含量对正方度的影响
上述关系也可用下列 公式表示：
c a0
a a0
c / a 1
C% 越高，正方度越大， 正方畸变越严重。
当＜0.20%C时，c/a=1， 马氏体为体心立方晶格
式中，a0＝ 2.861Ả（-Fe点阵常数） ＝ 0.116 β＝ 0.013
马氏体研发史
• 1952年，张经录首先用金相显微镜观察到Au-Cd合金马氏 体的孪晶。
• 1953～1954年，同时独立地提出两个马氏体相变的表象学 假说，其一称为“W-L-R理论”；另一个称为“B-M理论”。
• 1964年，Bogers-Burgers双切变模型被提出。 20世纪60年代末，70年代初先后提出马氏体相变的协作形
第四章 马氏体转变 Martensite and Its Transformation
王建刚
概述
1. 马氏体转变是由钢经A化后快速冷却抑制其扩散型分解，在降 低的温度下发生的无扩散型相变。M转变是钢件热处理强化的 主要手段，产生马氏体相变的热处理工艺称为淬火。因此，M 转变的理论研究与热处理生产实践有十分密切的关系。
马氏体相变相对于珠光体分解来说，是在低温下进行的无 扩散相变，因此，马氏体相变具有一系列的相变特征，不仅 在钢中，在有色金属及合金、陶瓷材料中也发生马氏体相变。
主要内容
• 绪言 • §4-1 钢中马氏体的晶体结构 • §4-2 马氏体转变的主要特点 • §4-3 马氏体的组织形态及物理本质 • §4-4 马氏体相变热力学 • §4-5 马氏体相变动力学 • §4-6 奥氏体的稳定化 • §4-7 马氏体的力学性能 • 复习思考题
2. 由于钢的成分及热处理条件不同，所获得的马氏体形态和亚 结构亦不同，继而对钢的组织和力学性能产生影响。通过对M 的形成规律的了解，可以指导热处理生产实践，充分发挥钢 材潜力。
3. 马氏体相变的含义很广泛，不仅金属材料，在陶瓷材料中也 发现马氏体相变。因此，凡是相变的基本特征属于切变共格 型的相变都称为马氏体相变，其相变产物都称为马氏体。
马氏体研发史
我国早在战国时代就已进行了钢的淬火，出土 西汉剑具有淬火马氏体组织。到19世纪中叶，索 拜（Sorby）首先用金相显微镜观察到淬火钢中 的这种硬相。1895年法国人Osmond将其命名为 马氏体（Martensite) 。
1926～1927年Γ． B．库尔久莫夫等用X射线 技术测得钢中马氏体为体心正方结构，并认为马 氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。
变“理论”和范性协作模型，以及多次切变模型。到20世纪末 就马氏体相变机制已经提出10余种模型，但均不够成熟。近一 个世纪马氏体及马氏体相变的研究已经取得了辉煌的成就。马 氏体相变热力学、马氏体相变动力学、马氏体相变组织学、马 氏体相变晶体学、马氏体的性能及其材料开发应用等各方面的 研究均获得了显著的进展。
马氏体研发史
1930年，Γ. B．库尔久莫夫和G．萨克斯（Sacks）首先 测得Fe-C合金马氏体与母相奥氏体保持一定的晶体学位向关 系，即K-S关系。
1933年，R. E．迈尔（Mehl )测得在中、高碳钢中马氏体 在奥氏体的｛225｝，晶面上形成，被称为惯习面。
1934年，西山测得Fe-Ni合金马氏体相变时存在西山关系。 1949年，Greniger和Troiano测定了Fe-22 % 、Ni-0.8C％合 金中的马氏体位向，发现了G-T关系。 1951年，J. W. Christian首先提出了马氏体相变的层错形核 模型。1953年，Frank首先提出 Fe-C｛225｝，马氏体与母相 间的位错界面模型。它促成了K-D位错胞核胚模型的提出。
4.1.1 马氏体的晶体结构
(一) 马氏体的晶胞及点阵常数
碳原子在点阵中分布的可能位置是α-Fe体心立方晶胞的各棱边的 中央和面心处，即八面体间隙处。
—C原子 —Fe原子
4.1.1 马氏体的晶体结构
4.1.1 马氏体的晶体结构
碳择优分布在c轴方向上的 八面体间隙位置。这使得c 轴伸长，a轴缩短，晶体结 c 构变为体心正方。
马氏体研发史
20世纪20年代以来，马氏体相变是金属学最活 跃的研究领域之一。发现不仅钢中存在马氏体相变， 在有色金属及合金、陶瓷材料中都可发生马氏体相 变。
1924年，Bain提出了马氏体相变的应变模型， 称为贝茵模型。
1929年，周志宏等首先将电解铁淬入水银，获 得马氏体组织。此举证明，马氏体也可以是体心立 方结构，不是碳在α-Fe中过饱和固溶体。