马氏体PPT课件

1 马氏体 2 概述 1 1895年Osmond M F 提出 为纪念德国冶金学家Martens A 把这种组织命名为马氏体 Martensite 2 马氏体是碳溶解在 Fe中的过饱和固溶体 常用符号M表示 马氏体具有高的强度 硬度和一定的韧性 高碳钢淬火后得到的马氏体 硬度高 脆性也大 中低碳钢淬火的马氏体具有良好的强度和韧性 3 上个世纪初把高碳钢淬火后得到的脆而硬 具有铁磁性的针状组织称为马氏体 六十年代以来现代测试技术发展 对马氏体成分 组织 结构 性能之间有了较深刻的认识 4 在除了钢以外的铁合金 非铁合金 陶瓷材料等发现了马氏体相变 3 一 马氏体的组织形态二 马氏体转变的晶体结构三 马氏体的性能四 影响马氏体形态及其内部亚结构的因素五 马氏体的转变特点六 马氏体的转变热力学分析 4 一 马氏体的组织形态 5 一 板条状马氏体1 板条状马氏体组织形态 a 金相形态b 立体形态c 亚结构板条状马氏体组织形态 6 板条状马氏体组织形态500 20号钢990 盐水淬火 板条状马氏体 浅蓝色 显微组织 20钢 水淬火 580 7 2 板条状马氏体特征 1 低 中碳钢及不锈钢中形成的一种马氏体 2 由许多马氏体板条集合而成 组成互相平行的板条组成一个板条束 一个A晶粒可以转变成几个板条束 板或条是马氏体的基本单元 3 板条宽度范围在0 025 2 25um之间 多数为0 1 0 2um之间 4 亚结构主要是位错 8 二 片状马氏体1 片状马氏体组织形态 a 金相形态b 立体形态c 亚结构片状马氏体组织形态 9 片状马氏体400 片状马氏体600 球墨铸铁淬火马氏体420 10 2 组织特征 1 常见于中 高碳钢及高Ni的 Fe Ni 合金 2 由互成一定角度的马氏体片组成 单片呈针状或竹叶状形状 三维象双凸透镜状 一般最先形成的马氏体片可贯穿整个A晶粒 有时贯穿几个A晶粒 3 片与片之间常以60度或120度相交 4 片状马氏体的惯习面及位向关系与形成温度有关 高温时惯习面为 225 r 低温为 229 r 5 片状马氏体内的亚结构为孪晶 孪晶距50 100A 其边缘有复杂的位错 11 三 蝶状马氏体1 形状特征 立体外形为V形柱状 横截面呈蝶状2 晶内亚结构为位错 无孪晶 3 蝶状马氏体最早在Fe Ni C及Fe Ni被发现 12 四 薄板状马氏体1 厚约为3 10um 立体形态呈薄板状 可以曲折 分枝和交叉2 内部亚结构为孪晶 孪晶宽度随C 而降低 3 在马氏体开始转变温度Ms 100 的Fe Ni C合金中可以观察到 五 薄片状马氏体 马氏体 1 具有密排六方点阵的薄片状马氏体 称为 马氏体 2 极薄 仅1000 3000A 100 300nm 3 惯习面 111 r4 亚结构 层错能 5 材料 Fe Mn C Fe Cr Ni合金易出现薄片状马氏体 13 碳原子 铁原子 马氏体的真实点阵 二 马氏体转变的晶体结构 14 15 三 马氏体的性能1 马氏体的硬度与强度 1 马氏体性能的主要特点是具有高的硬度 硬度可达HRC68 70 和高的强度 其硬度主要取决于马氏体的含C量 与合金元素含量关系不大 但当C含量过高 由于A 增多 则硬度 2 马氏体的高硬度 高强度源于相变强化 固溶强化 时效强化及晶界强化 前两种起主要作用 16 2 马氏体的塑性和韧性当C 0 4 时 马氏体具有高的韧性 随着C 其韧性 当C 0 4 时 马氏体韧性变低 随着C 变得硬而脆 马氏体形态对铬钢断裂韧响 位错型马氏体比孪晶型马氏体具有高得多的塑性和韧性 17 四 影响马氏体形态及其内部亚结构的因素 影响因素 1 碳影响2 形成温度的影响3 奥氏体与马氏体的强度影响4 合金元素的影响 18 1 碳对钢中马氏体形态的影响A的化学成分是主要因素 其中以C为最主要C 0 6 板条状马氏体C 0 6 1 0 板条 片状的混合马氏体C 1 0 片状马氏体 19 2 形成温度Ms点高的A 冷却后形成板条马氏体 亚结构为位错 Ms点低的A 冷却后形成片状马氏体 亚结构为孪晶 Ms点不高不低的A 冷却后形成混合型组织 片状 板条M 亚结构为位错 孪晶 3 奥氏体与马氏体的强度 当A的屈服极限 s 196Mpa时 形成板条状马氏体 s 196Mpa时形成片状马氏体 所形成的马氏体强度较低时得条状马氏体 强度较高时得到片状马氏体 20 4 合金元素的影响1 凡能缩小 相区的合金元素均促使得到板条状马氏体 如 V Cr Ti W Mo Al Si P Sn Sb 锑 B Zr 锆 Nb 铌 2 凡能扩大 相区的合金元素均促使马氏体形态从条状转化为片状 如 Ni Mn Co C N Cu 21 马氏体形成时 其内部原子运动的主要特点是 1 表面浮凸效应和切变共格性 2 无扩散性 3 新相与母相晶体学关系 4 转变的不完全性 5 转变的可逆性 五 马氏体的转变特点 22 马氏体形成时试样表面浮凸现象 1 表面浮凸效应和切变共格性 23 切变 马氏体转变时 由母相 A 变为新相 M 的晶格改组过程是以切变方式来进行的 即 新相与母相界面上的原子以协同的 集体的 定向的 有次序的方式从母相向新相中的移动来实现的 相邻原子间的相对移动距离不超过原子间距 这一过程就为切变 保持位相关系 在切变过程中 新相和母相晶格间始终保持着严格的位向关系 其晶面和晶向相互平行 24 25 位错型马氏体共格界面 产生孪晶马氏体时共格界面 共格 相界面上的原子即属于新相 又属于母相 这种相界面上原子的紧密联系就称为共格 其界面称共格界面 26 1 钢中马氏体转变无成分变化 仅有晶格改组 Fe C Fe C 2 马氏体转变在相当低的温度内进行 共析钢230 50 Fe Ni合金20 196 转变速度极快 5 10 6秒完成 原子已无可能扩散 2 无扩散性 27 马氏体总是沿母相的某一晶面开始产生的 为保持两相晶格的紧密联系 这个晶面在相变过程中不发生转动和畸变 否则转变就会停止 这个晶面称为马氏体形成的惯习面 随着马氏体转变的完成 原惯习面的位置相应成为凸透镜状马氏体 高C马氏体 的中脊面 马氏体转变时 原子移动不超过原子间距 更不能交换位置 所以相变过程新相和母相的晶格必须始终保持紧密联系 3 新相与母相晶体学关系 28 马氏体转变量与温度关系 4 转变的不完全性 29 马氏体转变的可逆性 奥氏体在冷却时可转变为马氏体 而重新加热时又可使马氏体直接转变为奥氏体 在某些铁或非铁合金 如Fe Ni Ag Cd Ni Ti等 中 马氏体转变的可逆性 这种逆转变的开始温度称为As点 终止湿度称为义Af点 通常As点温度比Ms高 5 转变的可逆性 30 对钢来说 在一般情况下观察不到马氏体的逆转变 这是因为马氏体被加热时在温度尚未到达As的过程中即已发生分解 回火 因而不存在直接转变为奥氏体的可能性 只有在采取极快速的加热 使之来不及分解的情况下才会发生逆转变 据报道 含0 8 C钢以5000 s的速度加热时 可以在590 600 发生逆转变 31 六 马氏体的转变热力学分析 马氏体转变与液态金属的凝固以及钢的加热转变一样 也是热学性的 其转变驱动力也来自新旧相的化学自由焓差 奥氏体和马氏体的自由焓与温度的关系 根据相变的一般规律 相变进行的条件是相变前后系统总的自由焓差小于零 为A M自由焓相等的温度 当温度T T0时 GM GA 马氏体为稳定相 故A M 当T T0时 GA GM 奥氏体为稳定相 故M A 32 但马氏体转变与钢的加热转变或冷却转变不同 当母相被过冷到略低于T0时 马氏体不能发生转变 即过冷度太小 只有过冷度达到