第8章-材料亚稳态.ppt

材料科学基础第第8 8章章 材料的亚稳态材料的亚稳态第第8 8章章 材料的亚稳态材料的亚稳态8.18.1 纳米晶材料纳米晶材料8.28.2 准晶态材料准晶态材料8.38.3 非晶态材料非晶态材料8.4 8.4 固态相变形成的亚稳相固态相变形成的亚稳相• 研究亚稳态的意义研究亚稳态的意义n材料的材料的稳定态稳定态是是指其体系自由能最低时的平衡状态指其体系自由能最低时的平衡状态但由于种种因素，材料会由于种种因素，材料会以高于平衡态时自由能的状态存以高于平衡态时自由能的状态存在在，即处于一种非平衡的，即处于一种非平衡的亚稳态亚稳态n同一化学成分的材料，其亚稳态时的性能不同于平衡态同一化学成分的材料，其亚稳态时的性能不同于平衡态时的性能，而且在很多情况下，亚稳态材料的某些性能时的性能，而且在很多情况下，亚稳态材料的某些性能会优于其处于平衡态时的性能，甚至出现特殊的性能会优于其处于平衡态时的性能，甚至出现特殊的性能因此，对材料亚稳态的研究不仅有理论上的意义，更具因此，对材料亚稳态的研究不仅有理论上的意义，更具有重要的实用价值有重要的实用价值•亚稳态的存在形式亚稳态的存在形式①①细晶组织细晶组织：界面增多，自由能升高，故为亚稳态。

界面增多，自由能升高，故为亚稳态②②高密度晶体缺陷高密度晶体缺陷：使原子偏离平衡位置，排列的规：使原子偏离平衡位置，排列的规 则性下降，故自由能升高则性下降，故自由能升高③③形成形成过饱和固溶体过饱和固溶体④④发生发生非平衡转变非平衡转变：生成原子结构不同的亚稳新相，：生成原子结构不同的亚稳新相， 如如M M、、B B等⑤⑤由由晶态转变为非晶态晶态转变为非晶态，由，由结构有序变为结构无序结构有序变为结构无序，， 自由能增大自由能增大 见图见图8.1 材料自由能随状态的变化示意图材料自由能随状态的变化示意图a点是自由能最高的不稳点是自由能最高的不稳定状态；定状态； d点是自由能最低的位置，此时体系处于稳定状态；点是自由能最低的位置，此时体系处于稳定状态； b点位于点位于它们之间，如果要到达它们之间，如果要到达d状态，需要越过能峰状态，需要越过能峰c，在没有驱动力的情况下，，在没有驱动力的情况下，体系就可能处于体系就可能处于b这种亚稳态，这种亚稳态，故从热力学上说明了亚稳态是可以存在故从热力学上说明了亚稳态是可以存在的的•为什么亚稳态能够存在？为什么亚稳态能够存在？图图8.1 8.1 材料自由能随状态的变化示意图材料自由能随状态的变化示意图abcd8.1 8.1 纳米晶材料纳米晶材料n 自自2020世纪世纪8080年代以来，随着材料制备技术的进展，年代以来，随着材料制备技术的进展，人们研制出晶粒尺寸为纳米人们研制出晶粒尺寸为纳米(nm)(nm)级的材料，并发现此级的材料，并发现此材料不仅强度高，其结构和各种性能都具有特殊性，材料不仅强度高，其结构和各种性能都具有特殊性，引起了各行各业人士的极大兴趣和关注。

引起了各行各业人士的极大兴趣和关注微米级晶粒微米级晶粒8.1.1 8.1.1 纳米晶材料的结构纳米晶材料的结构 纳米晶材料由尺寸为几个纳米纳米晶材料由尺寸为几个纳米的的结构单元结构单元所组成见所组成见8.2图为纳米图为纳米晶材料的晶材料的二维硬球模型二维硬球模型，小晶粒由，小晶粒由晶界联结在一起由于晶粒微小，晶界联结在一起由于晶粒微小，晶界所占的比例增大（将占到晶界所占的比例增大（将占到50%体积），即约有体积），即约有50%的原子位于排的原子位于排列不规则的晶界处，使其原子密度、列不规则的晶界处，使其原子密度、配位数远远偏离了完整的晶体结构，配位数远远偏离了完整的晶体结构，所以所以纳米晶材料纳米晶材料是一种是一种非平衡态的非平衡态的结构结构，其中，其中存在大量的晶体缺陷存在大量的晶体缺陷 图图8.2 纳米晶材料的二维模型纳米晶材料的二维模型黑球黑球- -晶内原子；白球晶内原子；白球- -界面处原子界面处原子 此外，如材料中存在杂质、溶质原子，这此外，如材料中存在杂质、溶质原子，这些原子的偏聚作用，使晶界区域的化学成分不些原子的偏聚作用，使晶界区域的化学成分不同于晶内。

同于晶内 由于由于结构上和化学成分上都偏离了正常多结构上和化学成分上都偏离了正常多晶结构晶结构，所表现出的，所表现出的各种性能也明显不同于通各种性能也明显不同于通常的多晶体材料常的多晶体材料 8.1.2 8.1.2 8.1.2 8.1.2 纳米晶材料的性能纳米晶材料的性能纳米晶材料的性能纳米晶材料的性能见下表纳米晶金属与通常多晶或非晶态的性质见下表纳米晶金属与通常多晶或非晶态的性质见下表纳米晶金属与通常多晶或非晶态的性质见下表纳米晶金属与通常多晶或非晶态的性质性能单位金属多晶非晶态纳米晶热膨胀系数10-6K-1Cu161831比热容（295K）J/(g·K)Pd0.24-0.37密度g/cm3Fe7.97.56弹性模量GPaPd12388剪切模量GPaPd43-32断裂强度MPaFe-1.8%C700-8000屈服强度MPaCu83-185饱和磁化强度（4K）4π·10-2Tm3/kgFe222215130磁化率4π·10-9m3/kgSb-1-0.0320超导临界温度KAl1.2-3.2扩散激活能eVAg于Cu中Cu自扩散2.02.04--0.390.64德拜温度KFe467-3(1) (1) (1) (1) 纳米晶材料的纳米晶材料的纳米晶材料的纳米晶材料的力学性能力学性能力学性能力学性能远远远远高高高高于其通常多晶状态于其通常多晶状态于其通常多晶状态于其通常多晶状态 如表中如表中Fe-1.8%C的的Fe-C合金，其通常的合金，其通常的断断裂强裂强度度由由700MPa提高到提高到8000MPa。

见下下图纳米晶米晶Cu(o)与与通常多晶通常多晶Cu(□)的的真真应力力—真真应变曲曲线可见其其屈服强度屈服强度由原由原来来的的83MPa提提高到高到185MPa 纳米材料不仅具有高的强度和硬度，其纳米材料不仅具有高的强度和硬度，其塑塑性和韧性性和韧性也大大改善如：陶瓷材料通常没有也大大改善如：陶瓷材料通常没有塑性，但纳米塑性，但纳米TiOTiO2 2在室温下能塑性变形，在在室温下能塑性变形，在180℃180℃变形量达到变形量达到100%100%见下图纳米见下图纳米见下图纳米见下图纳米(•)(•)(•)(•)与通常与通常与通常与通常(×)(×)(×)(×)的的的的WC-CoWC-CoWC-CoWC-Co材料的材料的材料的材料的硬度硬度硬度硬度与与与与耐磨性耐磨性耐磨性耐磨性比较，表现为硬度高、耐磨性好比较，表现为硬度高、耐磨性好比较，表现为硬度高、耐磨性好比较，表现为硬度高、耐磨性好 纳米材料的其他性能，如超导临界温度纳米材料的其他性能，如超导临界温度和临界电流的提高、特殊的光学性质、触媒和临界电流的提高、特殊的光学性质、触媒催化作用等也是引人注目的。

催化作用等也是引人注目的2) (2) 纳米晶材料的纳米晶材料的物理性能物理性能也异常于通常材料也异常于通常材料 如纳米晶导电金属的如纳米晶导电金属的电阻电阻远远高高于多晶材于多晶材料，因晶界对电子有散射作用，晶粒小，晶料，因晶界对电子有散射作用，晶粒小，晶界散射作用强，电阻、电阻温度系数增加界散射作用强，电阻、电阻温度系数增加 磁性也不同于通常的多晶材料，纳米铁磁性也不同于通常的多晶材料，纳米铁磁材料具有低的饱和磁化系数，磁材料具有低的饱和磁化系数，高的磁化率，高的磁化率，低的矫顽力低的矫顽力等8.1.3 纳米晶材料的形成纳米晶材料的形成(1)(1)以以非晶态非晶态为起始相，在晶化过程中形成大量的为起始相，在晶化过程中形成大量的 晶核而生长成纳米晶晶核而生长成纳米晶2)(2)对起始为通常对起始为通常粗晶粗晶的材料，通过强烈的塑性变形的材料，通过强烈的塑性变形 或局部原子迁移，产生高密度缺陷，导致自由能或局部原子迁移，产生高密度缺陷，导致自由能 升高，形成亚稳态纳米晶升高，形成亚稳态纳米晶。

3)(3)通过通过蒸发、溅射蒸发、溅射等沉积途径，如等沉积途径，如PVDPVD、、CVDCVD等，等， 形成纳米微粒或纳米晶薄膜形成纳米微粒或纳米晶薄膜4)(4)沉淀沉淀反应方法，如溶胶反应方法，如溶胶- -凝胶，时效沉淀等，析凝胶，时效沉淀等，析 出纳米微粒出纳米微粒8.2 准晶态准晶态n晶体中原子呈有序排列，且具有平移对称性，晶体中原子呈有序排列，且具有平移对称性，只能有只能有1，，2，，3，，4，，6次旋转对称轴次旋转对称轴n近年来由于材料制备技术的发展，出现了不符近年来由于材料制备技术的发展，出现了不符合晶体的对称条件，但呈一定的周期性有序排合晶体的对称条件，但呈一定的周期性有序排列的类似于晶态的固体，具有列的类似于晶态的固体，具有5次对称轴结构次对称轴结构,称为称为准晶态准晶态，此固体称为，此固体称为准晶准晶8.2.1 准晶的结构准晶的结构 准晶的结构既不同于晶体，也不同于非晶体准晶的结构既不同于晶体，也不同于非晶体如何描述准晶态结构？如何描述准晶态结构？以拼砌花砖方式的模型来表征准晶结构以拼砌花砖方式的模型来表征准晶结构 见右图，它是由两种单元见右图，它是由两种单元（花砖）构成：一种是（花砖）构成：一种是宽的宽的棱方形棱方形，其角度为，其角度为70和和108；另一种是；另一种是窄的棱方形窄的棱方形，角，角度为度为36和和144，它们的边长，它们的边长均为均为a，其面积之比为，其面积之比为1.618:1，把它们按一定规则，把它们按一定规则使两种单元配合地拼砌成具使两种单元配合地拼砌成具有周期性和有周期性和5次对称性。

次对称性准晶结构的单元拼砌模型准晶结构的单元拼砌模型8.2.2 8.2.2 准晶的形成准晶的形成n主要通过主要通过快冷快冷方法形成，此外经方法形成，此外经离子注入混合离子注入混合或或气相沉积气相沉积等途径也能形成准晶等途径也能形成准晶n准晶的形成过程包括准晶的形成过程包括形核和生长形核和生长两个过程冷速要正确控两个过程冷速要正确控制，制，过慢过慢则不能抑制结晶过程而会形成则不能抑制结晶过程而会形成结晶相结晶相；；过快过快则则准晶的形核生长被抑制而形成准晶的形核生长被抑制而形成非晶态非晶态n此外，其形成条件还与合金成分、晶体结构类型等因素有此外，其形成条件还与合金成分、晶体结构类型等因素有关，并非所有合金都能形成准晶，这方面规律还有待进关，并非所有合金都能形成准晶，这方面规律还有待进一步探索一步探索8.2.3 准晶的性能准晶的性能(P368)8.3 8.3 非晶态材料非晶态材料n主要讨论亚稳态的非晶态材料主要讨论亚稳态的非晶态材料8.3.1 非晶态的形成非晶态的形成n非晶态可由气相、液相快冷形成，也可在固态非晶态可由气相、液相快冷形成，也可在固态直接形成（如离子注入、高能粒子轰击、高能直接形成（如离子注入、高能粒子轰击、高能球磨、电化学或化学沉积、固相反应等）球磨、电化学或化学沉积、固相反应等）8.3.2 8.3.2 非晶态的结构非晶态的结构n常用的分析方法是用常用的分析方法是用X X射线或中子散射得出的射线或中子散射得出的散射强度散射强度谱谱求出其求出其““径向分布函数径向分布函数””，但径向分布函数不能区，但径向分布函数不能区别不同类型的原子，故对合金应分别求得别不同类型的原子，故对合金应分别求得每类原子对每类原子对的的““部分原子对分布函数部分原子对分布函数””，如二元合金中存在着三，如二元合金中存在着三类原子对：类原子对：A A－－A A，，B B－－B B，，A A－－B B，故需根据，故需根据A A，，B B两种原两种原子的不同散射能力至少进行三次散射实验分别求出部子的不同散射能力至少进行三次散射实验分别求出部分原子对分布函数，见下图。

分原子对分布函数，见下图图为图为Ni81B19非晶态合金的散射谱线及三类部分原非晶态合金的散射谱线及三类部分原子对分布函数子对分布函数实线为实验结果；虚线为理论计算实线为实验结果；虚线为理论计算8.3.3 8.3.3 非晶合金的性能非晶合金的性能n力学性能力学性能 主要表现为高强度和高断裂韧性主要表现为高强度和高断裂韧性n物理性能物理性能 一般具有高的电阻率和小的电阻温度系一般具有高的电阻率和小的电阻温度系数；优良的磁学性能，包括软磁性能和硬磁数；优良的磁学性能，包括软磁性能和硬磁性能n化学性能化学性能 具有极佳的抗腐蚀性具有极佳的抗腐蚀性n固态相变多数为形核和长大方式形核和长大不仅有固态相变多数为形核和长大方式形核和长大不仅有界面能界面能，还需克服彼此之间体积差而产生的，还需克服彼此之间体积差而产生的应变能应变能，，故固态相变往往不能达到平衡状态，而是通过非平衡故固态相变往往不能达到平衡状态，而是通过非平衡转变为转变为亚稳相亚稳相n亚稳相不仅使材料的组织结构变化，还对材料性能有亚稳相不仅使材料的组织结构变化，还对材料性能有很大的影响因此我们对亚稳相要进行研究。

亚稳相很大的影响因此我们对亚稳相要进行研究亚稳相类型有很多种，这里只介绍类型有很多种，这里只介绍固溶体脱溶固溶体脱溶转变、转变、马氏体马氏体（（M）和）和贝氏体贝氏体（（B）转变8.4 8.4 固态相变形成的亚稳相固态相变形成的亚稳相8.4.1 8.4.1 固溶体脱溶转变固溶体脱溶转变 脱溶脱溶脱溶脱溶是是是是从过饱和固溶体中分离出一个新相的从过饱和固溶体中分离出一个新相的从过饱和固溶体中分离出一个新相的从过饱和固溶体中分离出一个新相的过程过程过程过程这个过程是由温度变化引起的，见下图这个过程是由温度变化引起的，见下图这个过程是由温度变化引起的，见下图这个过程是由温度变化引起的，见下图图图8.4 相图中脱溶转变举例相图中脱溶转变举例αβγβ+γα+γα+β温度脱溶共析脱溶脱溶脱溶W(B)/%AB①①在在温温度度较较高高时时发发生生平平衡衡脱脱溶溶，，析析出出平平衡衡的的第二相；第二相；②②如如温温度度较较低低，，则则可可能能先先形形成成亚亚稳稳定定的的过过度度相相；；③③如如快快速速冷冷却却到到室室温温（（称称为为淬淬火火或或固固溶溶处处理理）），，得得到到过过饱饱和和固固溶溶体体，，不不稳稳定定。

在在一一定定条条件件下下会会发发生生脱脱溶溶析析出出过过程程（（称称为为沉沉淀淀或或时时效效）），，生生成成亚稳定的过度相亚稳定的过度相 从从单单相相区区经经过过溶溶解解度度饱饱和和线线进进入入两两相相区区时时，，就要发生脱溶分解就要发生脱溶分解1. 脱溶方式脱溶方式(1)(1)形核长大方式形核长大方式：：依靠热激活使晶胚达到临界尺寸依靠热激活使晶胚达到临界尺寸2)(2)调幅分解方式调幅分解方式：：无需形核，只需成分起伏，使均匀固溶体发展成无需形核，只需成分起伏，使均匀固溶体发展成为成分不同、结构相同且无明显界面的两个相为成分不同、结构相同且无明显界面的两个相究竟采用何种方式脱溶，取决于合金的成分和究竟采用何种方式脱溶，取决于合金的成分和温度 2. 脱溶类型脱溶类型 (1)(1)连续脱溶连续脱溶：新相晶核在母相中各处同：新相晶核在母相中各处同时发生，随机形成，母相的时发生，随机形成，母相的浓度浓度随之随之均匀均匀变化变化，但母相，但母相晶粒外形及位向不改变晶粒外形及位向不改变•脱溶相均匀分布于基体时称为脱溶相均匀分布于基体时称为均匀脱溶均匀脱溶•脱溶相优先析出于局部地区，如晶界、孪脱溶相优先析出于局部地区，如晶界、孪晶界、滑移带等处称为晶界、滑移带等处称为不均匀脱溶不均匀脱溶。

 ①①新相与母相结构和点阵常数相近，即错配度很小，保持新相与母相结构和点阵常数相近，即错配度很小，保持共格共格关关 系，界面能低，见下图系，界面能低，见下图a；； ②②错配度增大，界面处弹性应变能增大，包含一些位错调错配度增大，界面处弹性应变能增大，包含一些位错调节错配以降低应变能，形成节错配以降低应变能，形成部分共格部分共格界面，见下图界面，见下图b；； ③③错配度很大，形成错配度很大，形成非共格非共格界面，界面能高，见下图界面，界面能高，见下图c脱溶相与基体界面的关系有三种：脱溶相与基体界面的关系有三种：脱溶相的脱溶相的形状形状与界面处的与界面处的界面能界面能等因素有关等因素有关 对对共格或半共格共格或半共格共格或半共格共格或半共格界面的脱溶相，应变能取决于错界面的脱溶相，应变能取决于错配度错配度配度错配度↑↑，应变能，应变能↑↑• 错配度甚小时，共格脱溶相趋于形成错配度甚小时，共格脱溶相趋于形成球形球形粒子• 错配度增大时，共格脱溶相以错配度增大时，共格脱溶相以立方形状立方形状分布于体分布于体• 错配度更大时，共格脱溶相呈错配度更大时，共格脱溶相呈薄片状薄片状。

对对对对非共格非共格非共格非共格界面的脱溶相，析出时受周围基体界面的脱溶相，析出时受周围基体界面的脱溶相，析出时受周围基体界面的脱溶相，析出时受周围基体约束产生弹性应变，见下图约束产生弹性应变，见下图约束产生弹性应变，见下图约束产生弹性应变，见下图片状片状片状片状脱溶相产生的应变能最小，其次为脱溶相产生的应变能最小，其次为脱溶相产生的应变能最小，其次为脱溶相产生的应变能最小，其次为针状针状针状针状，而，而，而，而球状球状球状球状的应变能最大的应变能最大的应变能最大的应变能最大图图8.5 新相粒子的几何形状对应变能相对值的影响新相粒子的几何形状对应变能相对值的影响a—椭圆形球体的赤道半径椭圆形球体的赤道半径 c—两极之间的距离两极之间的距离 (2)(2)不连续脱溶：从饱和的基体中以胞状形式不连续脱溶：从饱和的基体中以胞状形式同时析出同时析出包含有包含有αα与与ββ两相的产物，其中两相的产物，其中αα相相是是成分有所改变的成分有所改变的基体相基体相，而，而ββ相则是相则是脱溶新相脱溶新相，，两者以层状相间分布，两者以层状相间分布， 见下图图8.6 不连续脱溶示意图 3. 脱溶对性能的影响脱溶对性能的影响n脱溶对材料脱溶对材料力学性能力学性能力学性能力学性能的影响的影响 取决于脱溶相的形态、大小、数量和分布等。

取决于脱溶相的形态、大小、数量和分布等 均匀脱溶均匀脱溶对性能有利，有明显的强化作用，称为对性能有利，有明显的强化作用，称为““时效强化时效强化””或或““沉淀强化沉淀强化””；； 局部脱溶局部脱溶，沿着晶界析出，对性能有害，使材料塑性下降，呈现脆，沿着晶界析出，对性能有害，使材料塑性下降，呈现脆化，强度也因此下降化，强度也因此下降n脱溶也导致材料脱溶也导致材料物理性能物理性能物理性能物理性能的变化的变化 时效初期时效初期电子散射几率增加，电子散射几率增加，电阻上升电阻上升；；过时效过时效基体中溶质原子贫基体中溶质原子贫化，化，电阻下降电阻下降 磁性磁性也因时效而变化也因时效而变化软磁材料软磁材料由于脱溶相阻碍磁畴壁移动，由于脱溶相阻碍磁畴壁移动，磁导磁导率下降率下降；；硬磁材料硬磁材料脱溶相的弥散度越大，反迁移越困难，脱溶相的弥散度越大，反迁移越困难，矫顽力越矫顽力越大，剩磁也越大大，剩磁也越大8.4.2 8.4.2 马氏体转变马氏体转变 马氏体马氏体(M)：C C溶入溶入α-Feα-Fe中形成的过饱和固溶中形成的过饱和固溶体 因转变温度低因转变温度低(<230℃)(<230℃)，，FeFe、、C C原子均不扩散原子均不扩散, ,属于属于非扩散性相变非扩散性相变。

1. M转变的特点转变的特点(1) (1) 无扩散性无扩散性 因转变温度因转变温度T T低，原子活动能力很低，所低，原子活动能力很低，所以转变是在无扩散的条件下进行的，以转变是在无扩散的条件下进行的，新相新相M M和和母相母相γ(γ(奥氏体奥氏体) )具有完全相同的化学成分具有完全相同的化学成分 见见下下图图马马氏氏体体片片形形成成时时产产生生浮浮凸凸在在抛抛光光的的表表面面上上划划有有直直线线刻刻痕痕，，发发生生M M转转变变后后，，划划痕痕由由直直线线变变为为折折线线，，但但无无弯弯曲曲和和中中断断现现象象说说明明M M是是切切变变方方式式形形成成的的，，且且M M与与母母相相γγ保持保持共格共格图图8.7 8.7 马氏体片形成时产生浮凸示意图马氏体片形成时产生浮凸示意图(2) (2) 切变共格性切变共格性（（3 3）具有一定的）具有一定的位向关系位向关系 由于由于M转变时新相和母相始终保持切变共格性，因此转变时新相和母相始终保持切变共格性，因此M转变后新相与母相之间存在确定的位向关系转变后新相与母相之间存在确定的位向关系 对含碳对含碳低于低于1.4%的碳钢，的碳钢，M转变时新、旧相之间有转变时新、旧相之间有如下取向关系：如下取向关系：{111}γ‖{110}M，，<110>γ‖<111> M 称为称为K-S关系关系。

对含碳对含碳高于高于1.4%的碳钢或含高镍的钢，有的碳钢或含高镍的钢，有{111}γ‖{110}M，，<211>γ‖<011> M 称为称为西山关系西山关系(4) 在一个温度范围内进行在一个温度范围内进行 M转变是转变是T的函数，与的函数，与τ无关即随无关即随T↓，转变，转变量量↑T 一旦停止一旦停止↓，，M转变立即停止转变立即停止5) M转变具有转变具有不完全性不完全性 M转变不能进行到底，总有一部分保留下来，转变不能进行到底，总有一部分保留下来，这种在这种在M转变过程中被保留下来的转变过程中被保留下来的A，叫，叫残余残余A用用A`表示表示6) 生长速度极快生长速度极快 形成一片形成一片M只需只需10-7秒，瞬间形成，瞬间长大，秒，瞬间形成，瞬间长大，一旦形成，不再生长一旦形成，不再生长2. M2. M的组织形态的组织形态(1) (1) 片状片状M M （高碳（高碳M M，孪晶，孪晶M M））光光学学显显微微镜镜下下，，呈呈针针状状或或竹竹叶叶状状立立体体形形状状：：双双凸凸透透状状先大后小不能穿过，先大后小不能穿过，M M的大小取决于的大小取决于A A晶粒大小。

晶粒大小 高碳高碳M M的形貌的形貌有两种形态：有两种形态： 片状片状M M：高碳钢淬火后获得的，也叫：高碳钢淬火后获得的，也叫高碳高碳M M板条板条M M：低碳钢淬火后获得的，也叫：低碳钢淬火后获得的，也叫低碳低碳M M图图8.10 8.10 钢中马氏体的透射电镜像钢中马氏体的透射电镜像质量分数均为质量分数均为1.28%1.28%的钢的钢电镜下：电镜下：M中存在着大量细微中存在着大量细微孪晶孪晶亚结构，又叫亚结构，又叫孪晶孪晶M见图见图8.10 钢中马氏体的透射电镜像，显示中脊面性能：钢中马氏体的透射电镜像，显示中脊面性能：硬而脆硬而脆 因为形成因为形成T低（低（<200℃），滑移难，产生大量孪晶，），滑移难，产生大量孪晶，叶与叶之间出现微裂纹叶与叶之间出现微裂纹 光镜下：呈光镜下：呈板条状板条状，见图，见图8.118.11低碳钢中马氏体形貌立体低碳钢中马氏体形貌立体形态：为椭圆截面的柱状晶体，形态：为椭圆截面的柱状晶体，M M条细而长，一束束平行条细而长，一束束平行分布并成一定角度分布并成一定角度图图8.11 8.11 低碳钢中马氏体形貌低碳钢中马氏体形貌 电镜下：电镜下：M M内存在大量内存在大量位错位错亚结构，又叫亚结构，又叫位错位错M M。

性能：性能： 强而韧强而韧 因为形成温度较高（因为形成温度较高（>200℃>200℃），条内有高密度位错，），条内有高密度位错，条与条成小角度晶界条与条成小角度晶界2) (2) 板条板条M M （低碳（低碳M M，位错，位错M M））3. 3. 两种马氏体的形成条件两种马氏体的形成条件(1) 含碳量含碳量实验证明实验证明: 含碳量含碳量<0.2%的低碳钢，淬火后得的低碳钢，淬火后得板条板条M 含碳量含碳量>1.0%的高碳钢，淬火后得的高碳钢，淬火后得片状片状M 含碳量在含碳量在0.2～～1.0%之间得之间得板条板条M+片状片状M2) 合元合元 一般规律：除一般规律：除Co、、Al外，其他元素溶入外，其他元素溶入A，均能，均能↓Ms，促进片状，促进片状M的形成3) 形成形成T>200℃, 主要形成主要形成板条板条M <200℃, 主要形成主要形成片状片状M 4. M的晶体结构的晶体结构碳分布在沿碳分布在沿C轴的扁八面体间隙中，犹如轴的扁八面体间隙中，犹如α-Fe的的点阵发生畸变，点阵发生畸变，c轴伸长，轴伸长，a轴变短，变为轴变短，变为体心正体心正方方点阵。

点阵5. M的性能的性能M的的硬度主要取决于其含碳量硬度主要取决于其含碳量：：C%↑，硬度，硬度↑M的的塑性主要取决于其亚结构塑性主要取决于其亚结构：位错：位错M比孪比孪晶晶M塑性好性能：性能：∵∵F F片较宽，片较宽，K K粗大且分布不均粗大且分布不均 ∴ ∴脆性大，无实用价值脆性大，无实用价值8.4.3 8.4.3 贝氏体转变贝氏体转变贝氏体贝氏体(B)：含含C过饱和的过饱和的F与与Fe3C组成的混合物组成的混合物因转变温度较低因转变温度较低(550℃--230℃)，，Fe原子不能扩散，原子不能扩散，C原原子只能作短距离扩散，属子只能作短距离扩散，属半扩散型相变半扩散型相变，，B按形态可分按形态可分为三种：为三种：1.1.上贝氏体上贝氏体(B(B上上) )：：在在550～～350℃内形成光镜下呈内形成光镜下呈羽毛羽毛状，状，见图见图F呈呈板条状平行排列板条状平行排列, 由晶界伸向晶内，由晶界伸向晶内，Fe3C断续地分布断续地分布在在F条之间2 2．下贝氏体（．下贝氏体（B B下）下）：： 在在350℃～～Ms内形成光镜下：呈内形成。

光镜下：呈黑色针状黑色针状见图见图F呈针片状，呈针片状，C在在F内扩散脱溶而沉淀出内扩散脱溶而沉淀出ε-k它非常细小且分布在它非常细小且分布在F内，与长轴呈内，与长轴呈55゜角゜角性能：性能：∵∵K K细小且分布均匀细小且分布均匀 ∴ ∴韧而强韧而强，具有良好的，具有良好的综合机械性能综合机械性能, ,是是 生产上希望得到的组织生产上希望得到的组织3．粒状．粒状B 近年来在低近年来在低C C钢，低中钢，低中C C合金钢中发现合金钢中发现有粒状有粒状B B，形成温度稍高于，形成温度稍高于B B上上由块状F F和和岛状的富碳岛状的富碳A A组成（随后可变为组成（随后可变为M M或或P P） 性能：具有较好的强韧性，生产上已得性能：具有较好的强韧性，生产上已得到应用到应用小结小结: :四四. B. B的组织形态和性能的组织形态和性能 一一. . 概念概念 脱溶脱溶 马氏体马氏体 贝氏体贝氏体二二. . 脱溶方式，脱溶类型及其特征脱溶方式，脱溶类型及其特征三三. M. M转变特点转变特点,M,M组织形态和性能组织形态和性能 2 2种种M M的形成条件的形成条件。