1、1,2020/9/25,第六章 馬氏體相變與鋼在冷卻過程中的低溫轉變,2,2020/9/25,本章內容提要 1.馬氏體的定義、馬氏體轉變的含義 2.馬氏體(M)相變的主要特征 3.馬氏體的晶體結構 4.馬氏體的組織形態(tài) 5.馬氏體轉變的熱力學 6.馬氏體轉變動力學 7.馬氏體轉變機制 8.馬氏體的性能 9.馬氏體轉變的應用,3,2020/9/25,基本要求： 1. 馬氏體的定義、馬氏體轉變的含義、 2. 馬氏體(M)相變的五個主要特征的內容 3. 馬氏體的晶體結構的類型、正方度 4. 馬氏體的兩種基本形態(tài)是板條馬氏體和片狀馬氏體；影響馬氏體形態(tài)及其內部亞結構的因素 5. 馬氏體轉變的熱力學條件

2、、驅動力、T0、MS的物理意義、Ms點很低的原因、馬氏體的形成條件、影響鋼的MS點因素 6. 馬氏體轉變動力學主要有四種方式，各種方式的特征。 7. 馬氏體轉變機制：形核理論、三種切變模型(本部分作一般了解) 8. 馬氏體的性能：力學性能的顯著特點、馬氏體高硬度(高強度)的本質、強度和韌性與含碳量及亞結構的關系；超塑性、高碳馬氏體的顯微裂紋 9. 奧氏體穩(wěn)定化：熱穩(wěn)定化和機械穩(wěn)定化 10. 馬氏體轉變的應用(本部分作一般了解),4,2020/9/25,概 述,“水與火合為淬”(史記. 天官記)(公元前91年) “巧冶鑄干將之樸(窄長有短把的刀)，清水淬其鋒”（漢書. 王褒傳） 搜神記干將、莫邪

3、(吳國一對鐵匠夫婦),也是古代鋒利的寶劍的代稱。,太平御覽蒲元傳載三國時蜀人蒲元對他的“神刀”淬火用水的選擇。“刀成，自言漢水鈍弱，不任淬用。蜀江爽烈，乃命人于成都取之?！?北齊書列傳(第四十一)，載東魏、北齊間(534577)的綦母懷文在“宿鐵刀”淬火時“浴以五牲之溺，淬以五牲之脂”?？梢姰敃r已采用含鹽的水和油作為具有不同冷卻速度的液冷介質。 明代宋應星的天工開物中對制蹉的記載：“以已健劃成縱斜文理，劃時斜向入，則方成焰。劃后燒紅，退微冷，入水健?！逼渲小巴宋⒗洹?，就是預冷淬火工藝。 當相同成分的鋼以很快的速度冷卻(比如在水中冷卻)到室溫或更低溫度時(稱這種冷卻為淬火)。淬火獲得馬氏體是使鋼

4、強韌化的先決條件。,干將 莫邪,5,2020/9/25,1.馬氏體轉變的含義(鏈接) 指鋼從奧氏體狀態(tài)快速冷卻(即淬火)而發(fā)生的無擴散型相變，轉變產物為馬氏體。 是替換原子經無擴散位移(均勻和不均勻形變)、由此產生形狀改變和表面浮突、呈不變平面應變特征的一級、形核長大型的相變。,6.1 鋼中馬氏體的晶體結構,6.1.1 馬氏體相變和馬氏體的定義,6,2020/9/25,馬氏體定義的歷史,7,2020/9/25,2.馬氏體的定義： 馬氏體是碳溶于-Fe中的過飽和間隙式固溶體； 馬氏體是在冷卻過程中所發(fā)生的基本特征屬于馬氏體型轉變的轉變產物。母相無擴散地、以慣習面為不變平面的切變共格的相變產物，統(tǒng)

5、稱為馬氏體。 原子經無擴散切變的不變平面應變的晶格改組，得到的與母相具有嚴格晶體學關系和慣習面的含有高密度位錯、層錯或孿晶等晶體缺陷的組織稱為馬氏體。,8,2020/9/25,6.1.2 鋼中馬氏體的晶體結構,1. 馬氏體的點陣常數(shù)的變化 馬氏體具有正方點陣結構，記為M或。馬氏體轉變時，面心立方的奧氏體通過切變轉變?yōu)轶w心立方的-Fe，此時碳原子仍停留在六個鐵原子所組成的八面體中心。碳原子位于面心或棱邊中心，即扁八面體的中心，碳原子溶入后，會使短軸(c軸)伸長，長軸(a軸)縮短，晶體結構為體心正方。其軸比c/a不再等于1，稱為馬氏體的正方度 。,9,2020/9/25,馬氏體的晶胞模型,(a)碳

6、原子在馬氏體的晶胞中可能存在的位置 (b)碳原子在馬氏體的晶胞中一組扁八面體間隙位置可能存在的情況 (c)碳原子在馬氏體的晶胞中一組扁八面體間隙位置未填滿的情況,10,2020/9/25,2. 馬氏體的正方度與碳含量的關系 馬氏體正方度與含碳量呈直線關系，含碳量愈高，正方度愈大，即：c/a = 10.046wc,碳含量對c，a的影響 c=0+ a=0+ c/a =1+ 式中：00.2861nm (-Fe點陣參數(shù))； =0.1160.002； =0.0460.001； =0.0130.002； 馬氏體碳含量(重量%)。,11,2020/9/25,3. 馬氏體的異常正方度 有些鋼的馬氏體的正方度遠

7、偏離式(6-3)的數(shù)值，稱為異常正方度。 在高碳鋁鋼（1.5%C，7%Al）和高鎳鋼（1.0%C，19%Ni）中新淬火馬氏體，測試其正方度要高于式(6-3)給出的數(shù)值，稱為異常高正方度；當溫度回升到室溫時，正方度下降。Ms點低于0的錳鋼（0.6%-0.8%C,6%-7%Mn）制成奧氏體單晶，淬入液氮，測試其在液氮溫度下的正方度要低于式(6-3)給出的數(shù)值，稱為異常低正方度。 當碳含量小于0.2%時，碳原子偏聚于馬氏體的位錯線或是均勻地分布在X、Y和Z三個位置上，即處于完全無序狀態(tài)。碳原子的存在雖然引起點陣常數(shù)的增加，但不會改變正方度。 合金元素對馬氏體的正方度影響不大。,12,2020/9/2

8、5,4.馬氏體的晶體結構類型 馬氏體的晶體結構類型有兩種： 體心立方結構(WC0.2%) （a=bc） 奧氏體具有面心立方點陣，溶入的碳原子位于鐵原子所組成的正八面體中心。,13,2020/9/25,6.1.3 馬氏體轉變具有一定的位向關系和慣習面,馬氏體轉變時馬氏體與奧氏體存在著嚴格的晶體學關系：位向關系和慣習面 相變時，整體相互移動一段距離，相鄰原子的相對位置無變化。作小于一個原子間距位置的位移，因此奧氏體與馬氏體保持一定的嚴格的晶體學位向關系。 位向關系有：(1) K-S關系 (2) 西山(N)關系 (3) G-T關系 (4) K-V-N關系,14,2020/9/25,(1) K-S關系

9、 1930年，庫爾鳩莫夫與Sachs在1.4%碳的碳鋼中發(fā)現(xiàn)，馬氏體與奧氏體有下述關系： 110M /111， M / 右圖為鋼中馬氏體在不同的(111)晶面上形成時可能有六種不同K-S關系。,15,2020/9/25,(2) 西山關系 1934年，西山在鐵鎳合金中發(fā)現(xiàn)，在室溫以上形成的馬氏體與奧氏體之間存在K-S關系，而在-70以下形成的馬氏體與奧氏體呈下列關系： 110M /111 M / 西山關系與K-S關系相比，晶面關系相同，晶向關系相差516。,16,2020/9/25,(3) G-T關系 1994年，Grenigen與Troiano 在Fe-Ni-C合金中發(fā)現(xiàn)，馬氏體與奧氏體的位向接近K-S關系，但略有偏差，其中晶面差1度，晶向差2，稱為G-T關系。 110M /111差1， M /差2,17,2020/9/25,6.1.4 慣習面 慣習面即馬氏體轉變的不變平面，馬氏體即在此平面上形成。慣習面總是平行或接近奧氏體的某一晶面，并隨奧氏體中含碳量及馬氏體形成溫度而變化。 當WC 0.6%時，慣習面為111； 當WC=0.6%1.4%時，慣習面為225； 當WC=1.4%2.0%時，慣習面為259。