第四章马氏体相变-改1解析.ppt

过冷奥氏体转变 第四章 马氏体相变 本章主要内容 马氏体的晶体结构 马氏体的组织形态 马氏体相变的主要特征 马氏体相变热力学 马氏体相变的经典模型 马氏体相变动力学 奥氏体的稳定性 马氏体的机械性能 马氏体相变 马氏体相变：切变共格型相变 切变共格型相变：在相变过程中，晶体点阵的重组是通过切变即基体原子集体有规律的近程迁移所完成，新相与母相保持共格关系 其相变产物称为马氏体 马氏体相变是钢件热处理强化的主要手段 淬火：产生马氏体相变的热处理工艺 马氏体的命名 马氏体(martensite)是最先由德国冶金学家 Adolf Martens (1850-1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中发现。一方面与蔡司光学仪器厂合作设计适于金相观察的显微镜,另一方面对钢铁的金相进行了大量的系统研究, 发现了低碳钢的时效变脆现象。马氏在改进和推广金相技术方面起了很大的作用。为了纪念马氏在改进和传播金相技术方面的功绩,Osmond 在1895 年建议用他的姓氏命名钢的淬火组织——Martensite, 即马氏体。 4.1 马氏体的晶体结构 马氏体的晶体结构 奥氏体的点阵 马氏体点阵 短轴方向空隙：0.038nm 碳原子有效直径：0.154nm 水平：1.44a 垂直： a c/a---正方度或轴比 取决于含碳量：C??c/a?,马氏体的点阵常数和钢中碳含量的关系也可用下列公式表示 4.2 马氏体的组织形态 淬火获得马氏体组织是钢件强韧化的重要基础 板条马氏体的微观组织与成分有关： C0.3%时，马氏体板条群及群中的同位相束均很清晰； C在0.3-0.6%之间时，板条束群清晰，同位相束不清晰； 碳含量在0.6-0.8%时，板条混杂生成的倾向性较强，无法辨认板条束群和同位相束。 （2）晶体学特征 惯习面 {111}?，位相关系符合K-S关系。 （3）亚结构 亚结构主要是高密度的位错缠结构成的位错胞，位错密度可高达0.3～0.9×1012/cm2，板条边缘有少量孪晶。从亚结构对材料性能而言，孪晶不起主要作用 （4）残余奥氏体 在各板条之间往往存在薄膜状的残余奥氏体，其厚度约为10-20nm。使板条状马氏体具有较好的塑性和韧性。 存在原因：马氏体形成时，由于周围的奥氏体受到强烈的相变应变强化，使之难于变成马氏体而被残留下来（机械稳定化）。 2、片状马氏体 2、片状马氏体 片状M形成时具有分割奥氏体晶粒的作用。因此，片状M的大小取决于奥氏体晶粒的大小。 片状M的尺寸取决于以下因素： ①原始A晶粒的大小（结构钢）； ②第二相质点的数量和大小（工具钢）； ③母相的晶体缺陷密度。 隐晶马氏体：最大尺寸的马氏体片细小到光学显微镜下不能分辨时的马氏体。 （2）晶体学特征 片状马氏体的惯习面及位相关系与含碳量有关。 C1.4%时，惯习面为{225}?，与奥氏体的位相关系为K-S关系 C1.5%时，惯习面为{259}?，位相关系为西山关系，且在马氏体片的中间有一条直线，称为中脊，厚度约为0.5～1 ?m C?1.4%时，中脊比较明显。（一般把中脊对应平面作为惯习面）。{259}?马氏体可以爆发形成，爆发形成的马氏体常呈“Z”字型。 3.其它形态的马氏体 （1）蝶状马氏体 Fe-Ni合金或Fe-Ni-C 立体外形呈V形柱状，横截面呈蝶状，两翼之间的夹角一般为136o，两翼的惯习面为(225)γ而两翼相交的结合面为{100}γ。 亚结构：高密度位错，未发现孪晶 符合K-S关系 形成温度介于板条马氏体与片状马氏体之间，形态特征和性能也介于两者之间 随T?----蝶M?片M （2）薄片状马氏体 Ms点极低的Fe-Ni-C合金 立体形状：薄片状,厚度约为3-10?m 金相：细带状，相互交叉、分枝、曲折 亚结构：由{112}?’孪晶组成，但无中脊 惯习面：{259}? 符合K-S关系 （3）?马氏体 Cr-Ni（Mn）不锈钢、高锰钢 (低层错能） 密排六方结构 立体形态：极薄片状 厚100~300纳米 亚结构：大量层错 层错能低易形成 取向关系：{111}?//{0001}?； 110?//1120 ? 惯习面：{111}? 钢中各种马氏体的晶体结构、惯习面、亚结构及其与母相的位相关系 （1） 化学成分的影响 母相的化学成分（特别是C）是影响马氏体形态及其结构的主要因素： 碳钢：C??Ms?、残余奥氏体量? C?0.3% 板条M—Ms下较高温区 0.3 %? C? 1 % 板条M+片M Ｃ?1%