CH概述钢中马氏体晶体结构级剖析实用实用教案.ppt

12024/8/9￿本章内容提要(nèi￿rónɡ￿tí￿yào)1.马氏体的定义、马氏体转变的含义2.马氏体(M)相变的主要特征3.马氏体的晶体结构4.马氏体的组织形态5.马氏体转变的热力学6.马氏体转变动力学7.马氏体转变机制8.马氏体的性能9.马氏体转变的应用第1页/共18页第一页，共19页22024/8/9基本要求：基本要求：1. 1. 马氏体的定义、马氏体转变的含义、马氏体的定义、马氏体转变的含义、2. 2. 马氏体马氏体(M)(M)相变的五个主要特征的内容相变的五个主要特征的内容3. 3. 马氏体的晶体结构的类型、正方度马氏体的晶体结构的类型、正方度4. 4. 马马氏氏体体的的两两种种基基本本形形态态是是板板条条马马氏氏体体和和片片状状马马氏氏体体；；影影响响马氏体形态及其内部亚结构的因素马氏体形态及其内部亚结构的因素5. 5. 马马氏氏体体转转变变的的热热力力学学条条件件、、驱驱动动力力、、T0T0、、MSMS的的物物理理意意义义、、MsMs点很低的原因、马氏体的形成条件、影响钢的点很低的原因、马氏体的形成条件、影响钢的MSMS点因素点因素6. 6. 马氏体转变动力学主要有四种方式，各种方式的特征。

马氏体转变动力学主要有四种方式，各种方式的特征7. 7. 马马氏氏体体转转变变机机制制：：形形核核理理论论、、三三种种切切变变模模型型( (本本部部分分作作一一般了解般了解) )8. 8. 马马氏氏体体的的性性能能：：力力学学性性能能的的显显著著特特点点、、马马氏氏体体高高硬硬度度( (高高强强度度) )的的本本质质、、强强度度和和韧韧性性(rèn (rèn xìnɡ)xìnɡ)与与含含碳碳量量及及亚亚结结构构的的关系；超塑性、高碳马氏体的显微裂纹关系；超塑性、高碳马氏体的显微裂纹9. 9. 奥氏体稳定化：热稳定化和机械稳定化奥氏体稳定化：热稳定化和机械稳定化10. 10. 马氏体转变的应用马氏体转变的应用( (本部分作一般了解本部分作一般了解) ) 第2页/共18页第二页，共19页32024/8/9概概 述述•“水水与与火火合合为为淬淬”(史史记记(shǐ jì). 天天官官记记)(公元前公元前91年年)•“巧巧冶冶铸铸干干将将之之朴朴(窄窄长长有有短短把把的的刀刀)，，清清水淬其锋水淬其锋”（汉书（汉书. 王褒传）王褒传）•《《搜搜神神记记》》干干将将、、莫莫邪邪(吴吴国国一一对对铁铁匠匠夫夫妇妇),也是古代锋利的宝剑的代称。

也是古代锋利的宝剑的代称• •《《《《太太太太平平平平御御御御览览览览····蒲蒲蒲蒲元元元元传传传传》》》》载载载载三三三三国国国国时时时时蜀蜀蜀蜀人人人人蒲蒲蒲蒲元元元元对对对对他他他他的的的的““““神神神神刀刀刀刀””””淬淬淬淬火火火火用用用用水水水水的的的的选选选选择择择择刀成，自言汉水钝弱，不任淬用蜀江爽烈，乃命人于成都取之刀成，自言汉水钝弱，不任淬用蜀江爽烈，乃命人于成都取之刀成，自言汉水钝弱，不任淬用蜀江爽烈，乃命人于成都取之刀成，自言汉水钝弱，不任淬用蜀江爽烈，乃命人于成都取之 ” ” ” • •《《《《北北北北齐齐齐齐书书书书····列列列列传传传传》》》》( ( ( (第第第第四四四四十十十十一一一一) ) ) )，，，，载载载载东东东东魏魏魏魏、、、、北北北北齐齐齐齐间间间间(534(534(534(534～～～～577)577)577)577)的的的的綦綦綦綦母母母母怀怀怀怀文文文文在在在在““““宿宿宿宿铁铁铁铁刀刀刀刀””””淬淬淬淬火火火火时时时时““““浴浴浴浴以以以以五五五五牲牲牲牲之之之之溺溺溺溺，，，，淬淬淬淬以以以以五五五五牲牲牲牲之之之之脂脂脂脂””””。

可可可可见见见见当当当当时时时时已已已已采采采采用用用用含含含含盐盐盐盐的的的的水和油作为具有不同冷却速度的液冷介质水和油作为具有不同冷却速度的液冷介质水和油作为具有不同冷却速度的液冷介质水和油作为具有不同冷却速度的液冷介质• •明明明明代代代代宋宋宋宋应应应应星星星星的的的的《《《《天天天天工工工工开开开开物物物物》》》》中中中中对对对对制制制制蹉蹉蹉蹉的的的的记记记记载载载载：：：：““““以以以以已已已已健健健健划划划划成成成成纵纵纵纵斜斜斜斜文文文文理理理理，，，，划划划划时时时时斜斜斜斜向向向向入入入入，，，，则则则则方方方方成成成成焰焰焰焰划划划划后后后后烧烧烧烧红红红红，，，，退退退退微微微微冷冷冷冷，，，，入入入入水水水水健健健健其其其其中中中中““““退退退退微微微微冷冷冷冷””””，，，，就就就就是是是是预冷淬火工艺预冷淬火工艺预冷淬火工艺预冷淬火工艺(gōngyì)(gōngyì)(gōngyì)(gōngyì) • • 当当当当相相相相同同同同成成成成分分分分的的的的钢钢钢钢以以以以很很很很快快快快的的的的速速速速度度度度冷冷冷冷却却却却( ( ( (比比比比如如如如在在在在水水水水中中中中冷冷冷冷却却却却) ) ) )到到到到室室室室温温温温或或或或更更更更低低低低温温温温度度度度时时时时( ( ( (称这种冷却为淬火称这种冷却为淬火称这种冷却为淬火称这种冷却为淬火) ) ) )。

淬火获得马氏体是使钢强韧化的先决条件淬火获得马氏体是使钢强韧化的先决条件淬火获得马氏体是使钢强韧化的先决条件淬火获得马氏体是使钢强韧化的先决条件 干将干将 莫邪莫邪第3页/共18页第三页，共19页42024/8/9 1. 1. 1. 1.马氏体转变的含义马氏体转变的含义马氏体转变的含义马氏体转变的含义(hányì)((hányì)((hányì)((hányì)(链接链接链接链接) ) ) ) 指指指指钢钢钢钢从从从从奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体状状状状态态态态快快快快速速速速冷冷冷冷却却却却( ( ( (即即即即淬淬淬淬火火火火) ) ) )而而而而发发发发生生生生的的的的无无无无扩扩扩扩散散散散型型型型相相相相变变变变，，，，转变产物为马氏体转变产物为马氏体转变产物为马氏体转变产物为马氏体 是是是是替替替替换换换换原原原原子子子子经经经经无无无无扩扩扩扩散散散散位位位位移移移移( ( ( (均均均均匀匀匀匀和和和和不不不不均均均均匀匀匀匀形形形形变变变变) ) ) )、、、、由由由由此此此此产产产产生生生生形形形形状状状状改改改改变变变变和和和和表表表表面面面面浮浮浮浮突突突突、、、、呈呈呈呈不不不不变变变变平平平平面面面面应应应应变变变变特特特特征征征征的的的的一一一一级级级级、、、、形形形形核核核核长长长长大大大大型的相变。

型的相变型的相变型的相变6.1 钢中马氏体的晶体结构钢中马氏体的晶体结构6.1.1 6.1.1 马氏体相变和马氏体的定义马氏体相变和马氏体的定义马氏体相变和马氏体的定义马氏体相变和马氏体的定义(dìngyì)(dìngyì)第4页/共18页第四页，共19页52024/8/9马氏体定义马氏体定义马氏体定义马氏体定义(dìngyì)(dìngyì)的历史的历史的历史的历史第5页/共18页第五页，共19页62024/8/92.2.2.2.马氏体的定义：马氏体的定义：马氏体的定义：马氏体的定义： 马氏体是碳溶于马氏体是碳溶于马氏体是碳溶于马氏体是碳溶于α-Feα-Feα-Feα-Fe中的过饱和间隙式固溶体；中的过饱和间隙式固溶体；中的过饱和间隙式固溶体；中的过饱和间隙式固溶体； 马马马马氏氏氏氏体体体体是是是是在在在在冷冷冷冷却却却却过过过过程程程程中中中中所所所所发发发发生生生生的的的的基基基基本本本本特特特特征征征征属属属属于于于于马马马马氏氏氏氏体体体体型型型型转转转转变变变变的的的的转转转转变变变变产产产产物物物物母母母母相相相相无无无无扩扩扩扩散散散散地地地地、、、、以以以以惯惯惯惯习习习习面面面面为为为为不不不不变变变变平面的切变共格的相变产物，统称为马氏体。

平面的切变共格的相变产物，统称为马氏体平面的切变共格的相变产物，统称为马氏体平面的切变共格的相变产物，统称为马氏体 原原原原子子子子(yuánzǐ)(yuánzǐ)(yuánzǐ)(yuánzǐ)经经经经无无无无扩扩扩扩散散散散切切切切变变变变的的的的不不不不变变变变平平平平面面面面应应应应变变变变的的的的晶晶晶晶格格格格改改改改组组组组，，，，得得得得到到到到的的的的与与与与母母母母相相相相具具具具有有有有严严严严格格格格晶晶晶晶体体体体学学学学关关关关系系系系和和和和惯惯惯惯习习习习面面面面的的的的含含含含有有有有高高高高密密密密度度度度位位位位错错错错、、、、层层层层错错错错或或或或孪孪孪孪晶晶晶晶等等等等晶晶晶晶体体体体缺缺缺缺陷陷陷陷的的的的组组组组织织织织称称称称为为为为马氏体第6页/共18页第六页，共19页72024/8/96.1.2￿￿￿￿6.1.2￿￿￿￿钢中马氏体的晶体结构钢中马氏体的晶体结构钢中马氏体的晶体结构钢中马氏体的晶体结构 1. 马氏体的点阵常数的变化马氏体的点阵常数的变化 马马氏氏体体具具有有正正方方点点阵阵结结构构，，记记为为M或或α’。

马马氏氏体体转转变变时时，，面面心心立立方方的的奥奥氏氏体体通通过过(tōngguò)切切变变转转变变为为体体心心立立方方的的α-Fe，，此此时时碳碳原原子子仍仍停停留留在在六六个个铁铁原原子子所所组组成成的的八八面面体体中中心心碳碳原原子子位位于于面面心心或或棱棱边边中中心心，，即即扁扁八八面面体体的的中中心心，，碳碳原原子子溶溶入入后后，，会会使使短短轴轴(c轴轴)伸伸长长，，长长轴轴(a轴轴)缩缩短短，，晶晶体体结结构构为为体体心心正正方方其其轴轴比比c/a不不再再等等于于1，，称称为为马马氏氏体体的的正正方度方度 第7页/共18页第七页，共19页82024/8/9马氏体的晶胞马氏体的晶胞(jīnɡ bāo)(jīnɡ bāo)模型模型(a)(a)碳原子在马氏体的晶胞中可能存在的位置碳原子在马氏体的晶胞中可能存在的位置(wèi zhi)(wèi zhi)(b)(b)碳原子在马氏体的晶胞中一组扁八面体间隙位置碳原子在马氏体的晶胞中一组扁八面体间隙位置(wèi zhi)(wèi zhi)可能存在的可能存在的情况情况(c)(c)碳原子在马氏体的晶胞中一组扁八面体间隙位置碳原子在马氏体的晶胞中一组扁八面体间隙位置(wèi zhi)(wèi zhi)未填满的情未填满的情况况第8页/共18页第八页，共19页。

92024/8/9 2. 2. 马氏体的正方度与碳含量的关系马氏体的正方度与碳含量的关系马氏体的正方度与碳含量的关系马氏体的正方度与碳含量的关系(guān xì)(guān xì) 马氏体正方度与含碳量呈直线关系马氏体正方度与含碳量呈直线关系马氏体正方度与含碳量呈直线关系马氏体正方度与含碳量呈直线关系(guān xì)(guān xì)，含碳量，含碳量，含碳量，含碳量愈高，正方度愈大，即：愈高，正方度愈大，即：愈高，正方度愈大，即：愈高，正方度愈大，即：c/a = 1c/a = 1＋＋＋＋0.046wc 0.046wc •碳碳 含含 量量 对对 c，， a的的 影影 响响(yǐngxiǎng)• c=α0+αρ• a=α0+βρ • c/a =1+γρ • 式式中中：：α0＝＝0.2861nm (α-Fe点点阵参数阵参数)；；•α=0.116±0.002；；• γ=0.046±0.001；；• β=0.013±0.002；；• ρ—马氏体碳含量马氏体碳含量(重量重量%)第9页/共18页第九页，共19页102024/8/9 3. 3. 马氏体的异常正方度马氏体的异常正方度马氏体的异常正方度马氏体的异常正方度 有有有有些些些些钢钢钢钢的的的的马马马马氏氏氏氏体体体体的的的的正正正正方方方方度度度度远远远远偏偏偏偏离离离离式式式式(6-3)(6-3)的的的的数数数数值值值值，，，，称称称称为为为为异异异异常常常常正正正正方度。

方度 在在在在高高高高碳碳碳碳铝铝铝铝钢钢钢钢（（（（1.5%C1.5%C，，，，7%Al7%Al））））和和和和高高高高镍镍镍镍钢钢钢钢（（（（1.0%C1.0%C，，，，19%Ni19%Ni））））中中中中新新新新淬淬淬淬火火火火马马马马氏氏氏氏体体体体，，，，测测测测试试试试其其其其正正正正方方方方度度度度要要要要高高高高于于于于式式式式(6-3)(6-3)给给给给出出出出的的的的数数数数值值值值，，，，称称称称为为为为异异异异常常常常高高高高正正正正方方方方度度度度；；；；当当当当温温温温度度度度回回回回升升升升到到到到室室室室温温温温时时时时，，，，正正正正方方方方度度度度下下下下降降降降MsMs点点点点低低低低于于于于0℃0℃的的的的锰锰锰锰钢钢钢钢（（（（0.6%-0.8%C,6%-7%Mn0.6%-0.8%C,6%-7%Mn））））制制制制成成成成奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体单单单单晶晶晶晶，，，，淬淬淬淬入入入入液液液液氮氮氮氮，，，，测测测测试试试试其其其其在在在在液液液液氮氮氮氮温温温温度度度度下下下下的的的的正正正正方方方方度度度度要要要要低低低低于于于于式式式式(6-3)(6-3)给给给给出出出出的的的的数数数数值值值值，，，，称称称称为为为为异异异异常常常常低低低低正方度。

正方度 当当当当碳碳碳碳含含含含量量量量小小小小于于于于0.2%0.2%时时时时，，，，碳碳碳碳原原原原子子子子偏偏偏偏聚聚聚聚于于于于马马马马氏氏氏氏体体体体的的的的位位位位错错错错线线线线或或或或是是是是均均均均匀匀匀匀地地地地分分分分布布布布(fēnbù)(fēnbù)在在在在X X、、、、Y Y和和和和Z Z三三三三个个个个位位位位置置置置上上上上，，，，即即即即处处处处于于于于完完完完全全全全无无无无序序序序状状状状态态态态碳原子的存在虽然引起点阵常数的增加，但不会改变正方度碳原子的存在虽然引起点阵常数的增加，但不会改变正方度碳原子的存在虽然引起点阵常数的增加，但不会改变正方度碳原子的存在虽然引起点阵常数的增加，但不会改变正方度 合金元素对马氏体的正方度影响不大合金元素对马氏体的正方度影响不大合金元素对马氏体的正方度影响不大合金元素对马氏体的正方度影响不大第10页/共18页第十页，共19页112024/8/9 4. 4.马氏体的晶体结构类型马氏体的晶体结构类型马氏体的晶体结构类型马氏体的晶体结构类型 马氏体的晶体结构类型有两种：马氏体的晶体结构类型有两种：马氏体的晶体结构类型有两种：马氏体的晶体结构类型有两种： 体心立方结构体心立方结构体心立方结构体心立方结构(WC<0.2%) (WC<0.2%) （（（（a=b=ca=b=c）））） 体心正方结构体心正方结构体心正方结构体心正方结构(WC>0.2%) (WC>0.2%) （（（（a=b≠ca=b≠c）））） 奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体具具具具有有有有面面面面心心心心立立立立方方方方点点点点阵阵阵阵，，，，溶溶溶溶入入入入的的的的碳碳碳碳原原原原子子子子(yuánzǐ)(yuánzǐ)位位位位于于于于铁原子铁原子铁原子铁原子(yuánzǐ)(yuánzǐ)所组成的正八面体中心。

所组成的正八面体中心所组成的正八面体中心所组成的正八面体中心第11页/共18页第十一页，共19页122024/8/9￿6.1.3￿￿6.1.3￿马氏体转变具有一定马氏体转变具有一定马氏体转变具有一定马氏体转变具有一定(yīdìng)(yīdìng)的位向关系和惯的位向关系和惯的位向关系和惯的位向关系和惯习面习面习面习面 马马氏氏体体转转变变时时马马氏氏体体与与奥奥氏氏体体存存在在着着严严格格的的晶晶体体学学关关系：位向关系和惯习面系：位向关系和惯习面 相相变变时时，，整整体体相相互互移移动动一一段段距距离离，，相相邻邻(xiānɡ lín)原原子子的的相相对对位位置置无无变变化化作作小小于于一一个个原原子子间间距距位位置置的的位位移移，，因因此奥氏体与马氏体保持一定的严格的晶体学位向关系此奥氏体与马氏体保持一定的严格的晶体学位向关系 位向关系有：位向关系有：(1) K-S关系关系 (2) 西山西山(N)关系关系 (3) G-T关系关系 (4) K-V-N关系关系第12页/共18页第十二页，共19页。

132024/8/9 (1) K-S (1) K-S关系关系关系关系(guān xì)(guān xì) 19301930年年年年 ，，，， 库库库库 尔尔尔尔 鸠鸠鸠鸠 莫莫莫莫 夫夫夫夫 与与与与 SachsSachs在在在在1.4%1.4%碳碳碳碳的的的的碳碳碳碳钢钢钢钢中中中中发发发发现现现现，，，，马马马马氏氏氏氏体体体体与与与与奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体有有有有下下下下述述述述关关关关系系系系(guān (guān xì)xì)：：：： {110}M {110}M //{111}γ//{111}γ，，，， <111> M //<110> γ <111> M //<110> γ 右右右右 图图图图 为为为为 钢钢钢钢 中中中中 马马马马 氏氏氏氏 体体体体 在在在在 不不不不 同同同同 的的的的(111)γ(111)γ晶晶晶晶面面面面上上上上形形形形成成成成时时时时可可可可能能能能有有有有六六六六种种种种不不不不同同同同K-SK-S关系关系关系关系(guān xì)(guān xì)。

第13页/共18页第十三页，共19页142024/8/9 (2) (2) 西山关系西山关系西山关系西山关系 19341934年年年年，，，，西西西西山山山山在在在在铁铁铁铁镍镍镍镍合合合合金金金金中中中中发发发发 现现现现 ，，，， 在在在在 室室室室 温温温温 以以以以 上上上上 形形形形 成成成成(xíngchéng)(xíngchéng)的的的的马马马马氏氏氏氏体体体体与与与与奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体之之之之间间间间存存存存在在在在K-SK-S关关关关系系系系，，，，而而而而在在在在-70℃-70℃以以以以下下下下形形形形成成成成(xíngchéng)(xíngchéng)的的的的马马马马氏氏氏氏体体体体与与与与奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体呈下列关系：呈下列关系：呈下列关系：呈下列关系： {110}M //{111} γ {110}M //{111} γ <110> M //<112> γ <110> M //<112> γ 西西西西山山山山关关关关系系系系与与与与K-SK-S关关关关系系系系相相相相比比比比，，，，晶晶晶晶面面面面关系相同，晶向关系相差关系相同，晶向关系相差关系相同，晶向关系相差关系相同，晶向关系相差5°16’5°16’。

第14页/共18页第十四页，共19页152024/8/9 (3) G-T关系关系 1994年年，，Grenigen与与Troiano 在在Fe-Ni-C合合金金 中中 发发 现现 ，， 马马 氏氏 体体 与与 奥奥 氏氏 体体 的的 位位 向向 接接 近近(jiējìn)K-S关关系系，，但但略略有有偏偏差差，，其其中中晶晶面面差差1度，晶向差度，晶向差2°，称为，称为G-T关系 {110}M //{111}γ 差差1°，， <111>M //<110>γ 差差2° 第15页/共18页第十五页，共19页162024/8/9￿￿￿￿6.1.4￿￿￿￿￿￿6.1.4￿￿惯习面惯习面惯习面惯习面￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿惯惯惯惯习习习习面面面面即即即即马马马马氏氏氏氏体体体体转转转转变变变变的的的的不不不不变变变变平平平平面面面面，，，，马马马马氏氏氏氏体体体体即即即即在在在在此此此此平平平平面面面面上上上上形形形形成成成成(xíngchéng)(xíngchéng)惯惯惯惯习习习习面面面面总总总总是是是是平平平平行行行行或或或或接接接接近近近近奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体的的的的某某某某一一一一晶晶晶晶面面面面，，，，并并并并随奥氏体中含碳量及马氏体形成随奥氏体中含碳量及马氏体形成随奥氏体中含碳量及马氏体形成随奥氏体中含碳量及马氏体形成(xíngchéng)(xíngchéng)温度而变化。

温度而变化温度而变化温度而变化￿￿●￿￿￿●￿当当当当WC<￿0.6%WC<￿0.6%时，惯习面为时，惯习面为时，惯习面为时，惯习面为{111}γ{111}γ；；；；￿￿●￿￿￿●￿当当当当WC=0.6%WC=0.6%   1.4%1.4%时，惯习面为时，惯习面为时，惯习面为时，惯习面为{225}γ{225}γ；；；；￿ ￿￿￿●￿￿￿●￿当当当当WC=1.4%WC=1.4%   2.0%2.0%时，惯习面为时，惯习面为时，惯习面为时，惯习面为{259}γ{259}γ 惯惯习习面面也也可可因因马马氏氏体体形形成成温温度度而而变变化化马马氏氏体体形形成成温温度度下下降降，，惯惯习习面面有有向向高高指指数数变变化化的的趋趋势势(qūshì)对对于于碳碳量量较较高高的的钢钢，，先先形形成成的的马马氏氏体体的的惯惯习习面面为为{225}γ，，后后形形成的马氏体的惯习面为成的马氏体的惯习面为{259}γ 第16页/共18页第十六页，共19页172024/8/9 1 1 1 1、马氏体转变的含义和马氏体的定义马氏体转变的含义和马氏体的定义马氏体转变的含义和马氏体的定义。

马氏体转变的含义和马氏体的定义 2 2 2 2、马氏体的晶体结构、正方、马氏体的晶体结构、正方、马氏体的晶体结构、正方、马氏体的晶体结构、正方(zhèngfāng)(zhèngfāng)(zhèngfāng)(zhèngfāng)度 3 3 3 3、马氏体的位向关系和惯习面马氏体的位向关系和惯习面马氏体的位向关系和惯习面马氏体的位向关系和惯习面本节小结本节小结(xiǎojié)第17页/共18页第十七页，共19页182024/8/9感谢您的欣赏(xīnshǎng)！第18页/共18页第十八页，共19页内容(nèiróng)总结1《太平御览·蒲元传》载三国时蜀人蒲元对他的“神刀”淬火用水的选择其中“退微冷”，就是预冷淬火工艺(gōngyì)c=α0+αρ式中：α0＝0.2861nm (α-Fe点阵参数)右图为钢中马氏体在不同的(111)γ晶面上形成时可能有六种不同K-S关系惯习面总是平行或接近奥氏体的某一晶面，并随奥氏体中含碳量及马氏体形成温度而变化第17页/共18页感谢您的欣赏第十九页，共19页。