热处理原理及工艺
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热处理原理及工艺
碳原子的分布
通常假设碳原子优先占据八面体间隙位置的第三亚点阵， 结果使c轴伸长，a轴缩短，使体心立方点阵的α-Fe变成了体 心正方点阵的马氏体。
80% 的 碳 原 子 占 据 第 三 亚 点 阵， 20%的碳原子占据其它两 个亚点阵，即，碳原子在马氏 体点阵中呈部份有序分布。
热处理原理及工艺
Fe-C合金奥氏体向马氏体转变后，M成分与原A成分完 全一致，C原子的间隙位置保持不变； 马氏体转变可以在相当低的温度范围内进行，且转变速 度极快。例如：Fe-C、Fe-Ni合金，在-20~-196℃之间一片 马氏体形成的时间约5×10-5～5×10-7 秒。
热处理原理及工艺
三Байду номын сангаас马氏体 转 变 的 位 向关 系 及 惯习面
热处理原理及工艺
马氏体总是在母相的某一晶面上首先形成，转变 的不变平面被称为马氏体的惯习面，以平行于此 面的母相的晶面指数表示。
钢中马氏体的惯习面惯习面随碳含量及形成温度不同而异, 常见的有 三种：{111}γ、{225}γ和{259}γ。。 碳含量小于0.6％时为{111}γ， 碳含量在0.6％～1.4％之间为{225}γ， 碳含量高于1.4％时为{259}γ。
马氏体：原子经无需扩散的切变位移进行的、不变平面应变的 晶格改组过程 ，得到的具有严格晶体学关系和惯习面，形 成伴生极高密度位错、层错或精细孪晶等晶体缺陷的整合组 织。
热处理原理及工艺
§5-2 马氏体的晶体结构 1、碳原子在马氏体点阵中位置及分布
C在α-Fe中可能存在的位置 是Fe原子构成的体心立方点阵的八面体间隙位置
例如： 钢中低碳马氏体的亚结构为位错，高碳马氏体的亚 结构为孪晶，ε马氏体的亚结构为层错。
热处理原理及工艺
五、马氏体转变的非恒温性与可逆性 马氏体转变上限温度，称为马氏体转变的开始温度，也称
为马氏体点，Ms表示。不同的材料Ms是不同的。
马氏体转变下限温度，Mf表示。称为马氏体转变终了点。
马氏体转变是在Ms～Mf之间进行的。
奥氏体转变为马氏体时，新旧两相之间保持着严格的晶
体学位向关系. 在钢中常见的位向关系有以下三种： K-S关系为 {111}γ//{011}α’； <110>γ∥<111>α’。 西山关系为 {111}γ//{011}α’； <112>γ∥<110>α’。 G-T关系与K-S关系接近，只是角度存在一定偏差， {111}γ//{011}α’差l°； <110>γ∥<111>α’差2°。 如：Fe-30Ni，室温以上形成具有K-S关系，-70℃以下 形成具有西山关系；Fe-0.8C-22Ni具有G-T关系
Martensite
M—马氏体
热处理原理及工艺
热处理原理及工艺
§5-1 马氏体转变的主要特性
一、马氏体转变的切变共格和表面浮凸现象 马氏体转变时能在预先磨光的试样表面上形成有规则的
表面浮凸→马氏体的形成与母相奥氏体的宏观切变密切相关。
热处理原理马及工氏艺体形成时产生表面浮凸示意图
马氏体片是以两相交界面为中心发生倾斜，倾斜方向与晶 体位向有严格关系，在此过程中交界面并未发生旋转； M/A界面上的原子排列规律既同于马氏体，也同于奥氏体， 即为共格界面。 M长大即是靠母相中原子作有规则的迁移（切变），使界 面推移而不改变界面上的共格关系的结果。 共格 界面能小，但弹性应变能大
随马氏体形成温度的降低，惯习面有向高指数变 化的趋势。
所以，同一成分的钢也可能出现两种惯习面的马氏体，如先形成 的马氏体惯习面为{225}γ，而后形成的马氏体惯习面为{259}γ。
热处理原理及工艺
四、亚结构 马氏体从形核到长大，在马氏体内部产生大量的
晶体缺陷，如位错、孪晶、层错，形成了马氏体的 亚结构。对力学性能有直接影响.
C有效直径0.154nm γ-Fe八面体间隙直 径为0.104nm α-Fe扁八面体短轴 直径仅为0.038nm,
奥氏体
马氏体
点阵结构及溶C位置 热处理原理及工艺 M中C过饱和，极大畸变
亚点阵的概念 碳原子在 马氏体点阵 存在三种分布位置，都能形成由碳原 子构成的八面体，这种可能出现的原子阵列，称为亚点阵。
热处理原理及工艺
为维持这种界面关系，界面两侧的A与M必定要产生弹 性切变，依靠弹性切变维持的共格关系称为切变共格。
当马氏体长大到一定程度时，奥氏体中的弹性应力可能超 过其弹性极限，此时共格关系即遭破坏，马氏体便停止生长。
热处理原理及工艺
二、马氏体转变的无扩散性
马氏体转变只有点阵改组而无成份变化，转变时原子做 有规律的整体迁移，每个原子移动的距离不超过一个原子间 距，且原子之间的相对位置不发生变化。
2、马氏体的晶格类型
Fe-C合金的马氏体是C在α-Fe 中的过饱和间隙固溶体。 马氏体具有正方点阵，即： a=b≠ｃ，α=β=γ=90°，ｃ/ａ称 为正方度。
• 马氏体转变的发展过程
战国时代 用淬火的方法提高钢的硬度，经过淬火的钢制 宝剑可以“削铁如泥”。
十九世纪未期，金相显微镜的发明，人们才知道钢在 “加热和冷却” 过程中内部相组成发生了变化，从而引起了 钢的性能的变化。为了纪念在这一发展过程中做出杰出贡献 的德国冶金学家Adolph Martens，将钢经淬火所得高硬度相 称为“马氏体”，并因此将得到马氏体相的转变过程称为马 氏体转变。
一般钢材的Mf都低于室温，在生产中为了获得更多的马 氏体，常采用深冷到室温以下的处理工艺，冷处理。
冷却时高温相可以转变为马氏体，加热时马氏体可以逆
转变为高温相，而且转变都是以马氏体转变方式进行的。
与 Ms～Mf 相对应，逆转变有As～Af 分别表示逆转变的开
始和终了温度。
热处理原理及工艺
马氏体相变：原子经无需扩散的切变位移，进行不变平面应变 的晶格改组的相变.
热处理原理及工艺
（7）
热处理原理及工艺
讨论
若钢的使用状态为珠光体类型的组织， 从选材上和合理的热处理两个角度分别说 明，如何满足使用性能的如下要求： （1）要求较高强度 （2）要求较高韧性 （3）强度韧性都要求较高
热处理原理及工艺
第四章作业： P66 3 P67 4、5、11
热处理原理及工艺
第五章 马氏体转变
碳原子的分布
通常假设碳原子优先占据八面体间隙位置的第三亚点阵， 结果使c轴伸长，a轴缩短，使体心立方点阵的α-Fe变成了体 心正方点阵的马氏体。
80% 的 碳 原 子 占 据 第 三 亚 点 阵， 20%的碳原子占据其它两 个亚点阵，即，碳原子在马氏 体点阵中呈部份有序分布。
热处理原理及工艺
Fe-C合金奥氏体向马氏体转变后，M成分与原A成分完 全一致，C原子的间隙位置保持不变； 马氏体转变可以在相当低的温度范围内进行，且转变速 度极快。例如：Fe-C、Fe-Ni合金，在-20~-196℃之间一片 马氏体形成的时间约5×10-5～5×10-7 秒。
热处理原理及工艺
三Байду номын сангаас马氏体 转 变 的 位 向关 系 及 惯习面
热处理原理及工艺
马氏体总是在母相的某一晶面上首先形成，转变 的不变平面被称为马氏体的惯习面，以平行于此 面的母相的晶面指数表示。
钢中马氏体的惯习面惯习面随碳含量及形成温度不同而异, 常见的有 三种：{111}γ、{225}γ和{259}γ。。 碳含量小于0.6％时为{111}γ， 碳含量在0.6％～1.4％之间为{225}γ， 碳含量高于1.4％时为{259}γ。
马氏体：原子经无需扩散的切变位移进行的、不变平面应变的 晶格改组过程 ，得到的具有严格晶体学关系和惯习面，形 成伴生极高密度位错、层错或精细孪晶等晶体缺陷的整合组 织。
热处理原理及工艺
§5-2 马氏体的晶体结构 1、碳原子在马氏体点阵中位置及分布
C在α-Fe中可能存在的位置 是Fe原子构成的体心立方点阵的八面体间隙位置
例如： 钢中低碳马氏体的亚结构为位错，高碳马氏体的亚 结构为孪晶，ε马氏体的亚结构为层错。
热处理原理及工艺
五、马氏体转变的非恒温性与可逆性 马氏体转变上限温度，称为马氏体转变的开始温度，也称
为马氏体点，Ms表示。不同的材料Ms是不同的。
马氏体转变下限温度，Mf表示。称为马氏体转变终了点。
马氏体转变是在Ms～Mf之间进行的。
奥氏体转变为马氏体时，新旧两相之间保持着严格的晶
体学位向关系. 在钢中常见的位向关系有以下三种： K-S关系为 {111}γ//{011}α’； <110>γ∥<111>α’。 西山关系为 {111}γ//{011}α’； <112>γ∥<110>α’。 G-T关系与K-S关系接近，只是角度存在一定偏差， {111}γ//{011}α’差l°； <110>γ∥<111>α’差2°。 如：Fe-30Ni，室温以上形成具有K-S关系，-70℃以下 形成具有西山关系；Fe-0.8C-22Ni具有G-T关系
Martensite
M—马氏体
热处理原理及工艺
热处理原理及工艺
§5-1 马氏体转变的主要特性
一、马氏体转变的切变共格和表面浮凸现象 马氏体转变时能在预先磨光的试样表面上形成有规则的
表面浮凸→马氏体的形成与母相奥氏体的宏观切变密切相关。
热处理原理马及工氏艺体形成时产生表面浮凸示意图
马氏体片是以两相交界面为中心发生倾斜，倾斜方向与晶 体位向有严格关系，在此过程中交界面并未发生旋转； M/A界面上的原子排列规律既同于马氏体，也同于奥氏体， 即为共格界面。 M长大即是靠母相中原子作有规则的迁移（切变），使界 面推移而不改变界面上的共格关系的结果。 共格 界面能小，但弹性应变能大
随马氏体形成温度的降低，惯习面有向高指数变 化的趋势。
所以，同一成分的钢也可能出现两种惯习面的马氏体，如先形成 的马氏体惯习面为{225}γ，而后形成的马氏体惯习面为{259}γ。
热处理原理及工艺
四、亚结构 马氏体从形核到长大，在马氏体内部产生大量的
晶体缺陷，如位错、孪晶、层错，形成了马氏体的 亚结构。对力学性能有直接影响.
C有效直径0.154nm γ-Fe八面体间隙直 径为0.104nm α-Fe扁八面体短轴 直径仅为0.038nm,
奥氏体
马氏体
点阵结构及溶C位置 热处理原理及工艺 M中C过饱和，极大畸变
亚点阵的概念 碳原子在 马氏体点阵 存在三种分布位置，都能形成由碳原 子构成的八面体，这种可能出现的原子阵列，称为亚点阵。
热处理原理及工艺
为维持这种界面关系，界面两侧的A与M必定要产生弹 性切变，依靠弹性切变维持的共格关系称为切变共格。
当马氏体长大到一定程度时，奥氏体中的弹性应力可能超 过其弹性极限，此时共格关系即遭破坏，马氏体便停止生长。
热处理原理及工艺
二、马氏体转变的无扩散性
马氏体转变只有点阵改组而无成份变化，转变时原子做 有规律的整体迁移，每个原子移动的距离不超过一个原子间 距，且原子之间的相对位置不发生变化。
2、马氏体的晶格类型
Fe-C合金的马氏体是C在α-Fe 中的过饱和间隙固溶体。 马氏体具有正方点阵，即： a=b≠ｃ，α=β=γ=90°，ｃ/ａ称 为正方度。
• 马氏体转变的发展过程
战国时代 用淬火的方法提高钢的硬度，经过淬火的钢制 宝剑可以“削铁如泥”。
十九世纪未期，金相显微镜的发明，人们才知道钢在 “加热和冷却” 过程中内部相组成发生了变化，从而引起了 钢的性能的变化。为了纪念在这一发展过程中做出杰出贡献 的德国冶金学家Adolph Martens，将钢经淬火所得高硬度相 称为“马氏体”，并因此将得到马氏体相的转变过程称为马 氏体转变。
一般钢材的Mf都低于室温，在生产中为了获得更多的马 氏体，常采用深冷到室温以下的处理工艺，冷处理。
冷却时高温相可以转变为马氏体，加热时马氏体可以逆
转变为高温相，而且转变都是以马氏体转变方式进行的。
与 Ms～Mf 相对应，逆转变有As～Af 分别表示逆转变的开
始和终了温度。
热处理原理及工艺
马氏体相变：原子经无需扩散的切变位移，进行不变平面应变 的晶格改组的相变.
热处理原理及工艺
（7）
热处理原理及工艺
讨论
若钢的使用状态为珠光体类型的组织， 从选材上和合理的热处理两个角度分别说 明，如何满足使用性能的如下要求： （1）要求较高强度 （2）要求较高韧性 （3）强度韧性都要求较高
热处理原理及工艺
第四章作业： P66 3 P67 4、5、11
热处理原理及工艺
第五章 马氏体转变