4.3马氏体相变热力学

2）马氏体点与化学成分的关系
不少计算马氏体点的方程式是按线性关系处理的， 如： Ms（℃）＝550－361×（％C）－39×（％Mn）35(%V) -20(%Cr) -17(%Ni) -10(%Cu) 5×(%Mo+%W)+15×(%Co)+30(%Al) 从上式可见，马氏体点Ms与合金元素的含量（质 量分数％）成比例，把合金元素对马氏体点的影响 看成了各个合金元素作用的简单的线性叠加，这些 计算是近似的，不够准确。
马氏体点Ms和Mf与含碳量呈现非线性关系
图4-12碳和合金元素对Ms点的影响
3）奥氏体化温度的影响

奥氏体化温度愈 高，晶粒愈粗大， Ms点愈高，图413和图4-14分别 为晶粒大小和奥 氏体化温度对Ms 点的影响。
图4－13奥氏体晶粒大小对Ms的影响
1－一次奥氏体 化处理；2－先 1473K退火1h， 再在不同温度 淬火 图4-14奥氏体化温度对Ms点温度的影响
有色金属中： 按纯铜算得切变耗能Ns=53J·mol-1 按照Cu-Zn-Al合金，算得切变耗能Ns=62 J·mol-1 有色金属中马氏体相变驱动力的计算值在 1.5～25 J·mol-1。
显然，在有色金属中，相变驱动力也不足以完 成切变过程。
4.马氏体相变的阻力
各项阻力之总和为： Σ N=(Nv+Nd+Nt+Nc+Nj)+Nq 以γ →α M为例计算式中前5项之和为936J·mol-1 . (驱动力1180J·mol-1) 切变应变能计算得：在350℃时的切变应变能约为 Wε =1400J·mol-1。 切变引发的应变能太大，切变耗能太大，因此切变过程 不可能发生！
4）马氏体点的应用



(1)马氏体点是制定热处理工艺的依据。在制订淬火工 艺时、分析和控制热处理质量时需要参考Ms温度。 (2)Ms点的高、低决定了钢淬火后残余奥氏体量的多少。 残留奥氏体量影响淬火钢的硬度和精密零件的尺寸稳定 性等。 (3)调整马氏体点，不仅能减少变形开裂，而且可望获 得较好的韧性。这对结构钢和工具钢均有重要意义。 对于奥氏体-马氏体沉淀硬化不锈钢可利用碳化物析 出控制奥氏体中的实际溶碳量来调节钢的马氏体点。将 Ms点调整到室温以下，得到奥氏体组织，以便冷加工。
5.马氏体点

1）．马氏体点的物理意义
Ms点是马氏体相变的开始温度，它是奥氏体和马氏体的两 相自由焓之差达到相变所需耍的最小驱动力值时的温度。 马氏体变温转变基本上结束的温度为Mf，称马氏体转变停 止点。实际上，淬火冷却到Mf温度时，尚存在没有转变的奥氏 体，这些奥氏体将残留下来，称其为残留奥氏体。马氏体相变 难以真正结束。
M
G
项实际上为相变阻力，在数值上等于相 变驱动力。为负值，是真正的相变驱动力，但 它在绝对值上必须大于相变阻力，也即 G Ms M <0时,相变才能自发地进行.
2.相变驱动力的计算
几种Fe-C合金的T0温度和在Ms处的相变驱动 力
3.相变驱动力不足以完成切变过程
金属切变耗能计算，采用Nq=
1 G 2V 2
其中G为切变弹性模量，γ为切应变，单位是弧度。 V是合金的摩尔体积为（m3· -1）。 mol 纯铁和钢中马氏体切变耗能计算： K-S切变模型使γ -Fe→α 马氏体（0%C）时，共需切变能量为 Nk=44.9×103J·mol-1； 西山切变模型，需切变能量Nx= N1q=35×103J·mol-1； G-T切变模型，共需切变能量NG=25.3×103J·mol-1。 纯铁马氏体相变临界相变驱动力为-1180 J·mol-1。显然相变驱 动力不足以克服相变阻力完成γ →α 马氏体转变。
1． Fe-C合金马氏体相变热力学条件
马氏体、“铁素体”、奥氏体的自由焓与温度的关系

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图中，表示了奥氏体转变 为马氏体M、“铁素 体”α相时的化学自由焓 之差； “铁素体”α转变为马氏 体M时的化学自由焓之差。 从图可见，奥氏体γ和 “铁素体”α在温度T0处 相等，两相平衡。

马氏体相变驱动力：当温度T=Ms时，从图可 见，G M =0，则上式变为：
能耗与相变驱动力
马氏体相变能量总消耗包括： (1)克服各项阻力之总和（不包括切变能）： Σ N =Nv+Nd+Nt+Nc+Nj+Ns+Nm+Ny (2)支付相变潜热Qf。 相变驱动力|Δ G|= Qf+ Σ N 相变驱动力大于阻力计算值。 上述：以γ →α M为例， Σ N为936J·mol-1 ，而相变驱动力 -1180J·mol-1。 |Δ G|＞ Σ N，余下的能量是放热Qf。是合理的。 但是若考虑切变，则切变耗能比|Δ G|大1～2个数量级， 因此相变驱动力远远不够大，切变过程不可能发生。
4.3马氏体相变热力学
本节要点： （1）掌握马氏体相变驱动力的本质；
（2）了解切变机制的热力学不可能性。
（3）熟悉马氏体点。
相变热力学分为三类：



1）由面心立方母相转变为体心立方（正方）马氏体 的热力学，主要以铁基合金为代表，其中，Fe-C合 金进行了较多的工作。对马氏体点（Ms）能直接由 热力学数学处理求得近似值。并且确定相变驱动力 在1180J/mol以上。 2）由面心立方转变为六方ε -马氏体的热力学，如 钴、钴合金、Fe-Ni-Cr不锈钢等，其相变驱动力较 小，仅数十J/mol 。 3）热弹性马氏体热力学，相变驱动力很小，热滞小。