金属材料及热处理原理：第五节 马氏体转变.ppt

第五节 马氏体转变概念：将钢加热奥氏体化，以大于vk的冷却速度快冷至Ms点以下，将产生马氏体转变，习惯上将通过切变进行点阵重构，而无成分变化的非扩散性相变，称为马氏体转变 从广义上说将材料从高温结构状态快速冷却，在较低温度下发生的无扩散型相变相变温度范围：Ms-Mf 之间相变特点：切变、无扩散、非恒温转变时间CC CMM+PPC等温冷却连续冷却温度马氏体产生的条件l 将钢加热到奥氏体化（第一步）；l 以大于临界淬火速度Vc（上临界冷却速度）的冷却速度快冷 ；A1l快冷至Ms温度（马氏体转变开始点）以下；l热力学条件从连续冷却曲线看，奥氏体分解为珠光体或贝氏体的过程来不及完成 钢中马氏体的晶体结构l 奥氏体是含有一定碳含量的固溶体，最大含碳量为.11%，晶体结构为面心立方点阵l 平衡状态下，碳在-Fe中的溶解度20不超过0.002%l 马氏体相变时，由于快冷条件下，奥氏体中的铁、碳原子失去扩散能力；l 奥氏体中的含碳量可全部保留在马氏体晶格点阵中l 曾将马氏体视为碳在-Fe中的过饱和固溶体但事实上，-Fe的点阵发生了畸变，马氏体是体心正方l 这个正方度(c/a)与碳含量有关，大于0.2%C的马氏体具有正方度，小于0.2%C失去正方度。

马氏体晶体结构为含过饱和碳的体心正方，这个正方度与含碳量有关图4-1 碳原子在马氏体点阵中的可能位置示意图可能位置是：由铁原子组成的扁八面体空隙之中图4-2 碳原子在马氏体点阵中的可能位置构成的亚点阵马氏体点阵为：体心正方；c/a称为马氏体的正方度马氏体的点阵常数和碳含量的关系含碳量对马氏体点阵常数的影响二、马氏体转变的主要特点1. 切变共格和表面浮凸现象钢因马氏体转变而产生的表面浮凸马氏体形成时引起的表面倾动 马氏体是以切变方式形成的，马氏体与奥氏体之间界面上的原子既属于马氏体，又属于奥氏体，是共有的；并且整个相界面是互相牵制的，这种界面称之为“切变共格”界面马氏体和奥氏体切变共格交界面示意图2. 马氏体转变的无扩散性 马氏体转变的无扩散性有以下实验证据： (1) 碳钢中马氏体转变前后碳的浓度没有变化，奥氏体和马氏体的成分一致，仅发生晶格改组：-Fe(C) -Fe(C) 面心立方 体心正方 (2) 马氏体转变可以在相当低的温度范围内进行，并且转变速度极快3. 具有一定的位向关系和惯习面(1) 位向关系 K-S关系 011111； 按照这样的位向关系，马氏体在母相中可以有24个不同的取向。

K-S位向关系示意图 西山关系(111)(110)；11-2-110按照西山关系，在每个111面上，马氏体只可能有三种不同的取向，所以总共只有12种可能的马氏体取向西山关系示意图 G-T关系111110 差1； 差22) 惯习面 马氏体转变时，新相总是在母相的某个晶面族上形成，这种晶面称为惯习面在相变过程中从宏观上看，惯习面是不发生转动和不畸变的平面，用它在母相中的晶面指数来表示 钢中马氏体的惯习面随碳含量及形成温度不同而异，常见的有三种：(1) 含碳量小于0.6%时，为111；(2) 含碳量在0.6%1.4%之间时，为225；(3) 含碳量高于1.4%时，为259随马氏体形成温度下降，惯习面有向高指数变化的趋势4. 马氏体转变是在一个温度范围内完成的马氏体转变量与温度的关系Ms马氏体转变开始温度；Mf马氏体转变终了点；A、B残留奥氏体5. 马氏体转变的可逆性 在某些铁合金中，奥氏体冷却转变为马氏体，重新加热时，已形成的马氏体又可以逆马氏体转变为奥氏体，这就是马氏体转变的可逆性一般将马氏体直接向奥氏体转变称为逆转变逆转变开始点用As表示，逆转变终了点用Af表示通常As温度比Ms温度高。

5.2 马氏体的组织形态及性能特点一、马氏体的组织形态1. 板条状马氏体 板条状马氏体是低、中碳钢，马氏体时效钢，不锈钢等铁系合金中形成的一种典型马氏体组织 对于碳钢，板条状马氏体通常在0.2%C时单独存在，0.2%C时与片状马氏体共存 板条状马氏体与母相奥氏体的晶体学位向关系是K-S关系，惯习面为(111)，但18-8不锈钢中板条状马氏体的惯习面是(225) 目前认为板条状马氏体的立体形态有两种： (1) 横截面为椭圆形，呈扁条状，abc，一般a比b大10倍以上 (2) 横截面为矩形，呈薄板状，abc 板条状马氏体的亚结构主要是：高密度缠结的位错，位错密度一般为0.30.91012cm/cm3板条马氏体2. 片状马氏体 片状马氏体是中、高碳钢，高镍的铁镍合金等铁系合金中出现的另一种典型马氏体组织 对于碳钢，片状马氏体只在1.0%C时才单独存在，1.0%C时与板条状马氏体共存 片状马氏体与母相奥氏体的晶体学位向关系是K-S关系或西山关系，惯习面为(225)或(259)片状马氏体片状马氏体显微组织示意图 在一个马氏体片中间常有一条明显的筋，称为中脊它的厚度一般约为0.51m，是112型孪晶。

片状马氏体的亚结构主要是：平行的细小孪晶二、马氏体的性能特点1. 马氏体的硬度和强度 钢中马氏体最主要的特性就是高硬度和高强度淬火钢的硬度与碳含量的关系 马氏体具有高强度和高硬度的原因如下： (1) 固溶强化：过饱和碳原子间隙式固溶于马氏体中引起强烈的正方畸变，形成以碳原子为中心的应力场，这种应力场与位错交互作用使马氏体显著强化 (2) 亚结构强化：板条状马氏体内的高密度位错，片状马氏体内的精细孪晶，产生亚结构强化 (3) 时效强化：马氏体形成过程中发生自回火，使碳原子沿晶格缺陷偏聚或碳化物弥散析出，从而产生时效强化2. 马氏体的塑性与韧性 马氏体的塑性与韧性主要决定于它的亚结构 位错马氏体既具有高的强度和硬度，又具有良好的塑性与韧性； 孪晶马氏体虽具有高的强度和硬度，但其塑性与韧性却很低l马氏体与马氏体相变的应用 利用马氏体与马氏体相变的特点, 在创制新型高强度、高韧性材料，发展强韧化热处理新工艺及其它热加工工艺方面有着许多实际的应用l 在发展强韧化热处理方面 低碳钢或低碳合金钢采用强烈淬火（在510%的NaCl水溶液中冷却）可以获得几乎全部是板条状马氏体它们具有较高的强度和塑（韧）性的配合、较低的缺口敏感性和过载敏感性。

这种工艺在汽车、机车车辆、起重机、矿山以及石油等行业得到了广泛的应用。