第七章马氏体转变

1、第七章马氏体转变 第七章第七章 马氏体转变马氏体转变 (1)钢经奥氏体化后快冷，抑制了扩散相变，在较低温度下发 生无扩散相变转变为马氏体，是热处理强化的主要手段，对工 业生产有十分重要的意义； (2)上个世纪初把高碳钢淬火后得到的脆而硬、具有铁磁性的 针状组织纪念阿道夫.马丁将其称为。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； (3)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； （4）获得马氏体的工艺方法称为淬火，而将马氏体重新加热 到临界温度以下并保温的工艺成为回火。 Beijing Institute of Petro-chem

2、ical Technology 第七章马氏体转变 第一节 马氏体组织与性能 虽然马氏体是一个单相组织，但其组织形貌和亚结构 极为复杂。 低、中、高碳钢淬火得到的马氏体组织结构不同； 晶粒粗细不同，成分均匀性不同的奥氏体转变为马氏 体的组织也不同。 见表7.1。 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 一一. . 马氏体形态马氏体形态 板条，透镜片状，蝴蝶状、薄板状及薄片状板条，透镜片状，蝴蝶状、薄板状及薄片状 1 1、板条马氏体、板条马氏体 Beijing Institute of Petro-chemical Techn

3、ology 第七章马氏体转变 马氏体群：同惯习面，形态上呈平行排列的板条集团马氏体群：同惯习面，形态上呈平行排列的板条集团 马氏体束：同惯习面，同取向（晶面平行关系）的板条集团马氏体束：同惯习面，同取向（晶面平行关系）的板条集团 马氏体板条：马氏体的最基本单元，窄而细长。马氏体板条：马氏体的最基本单元，窄而细长。 板条宽度板条宽度微米，长度小于微米，长度小于微米，板条间往往存在薄微米，板条间往往存在薄 膜状的残余奥氏体膜状的残余奥氏体 光镜下光镜下 组织单元：群组织单元：群束束板条板条 取向关系：取向关系：K-S, K-S, 惯习面：惯习面：111111 马氏体束马氏体束 马氏体群马氏体群 第

4、七章马氏体转变 一个奥氏体晶粒内包含几个群，一个群内存在位向差时，一个奥氏体晶粒内包含几个群，一个群内存在位向差时， 也会形成几个束。群和束都是由板条组成。群、束之间均为大也会形成几个束。群和束都是由板条组成。群、束之间均为大 角度晶界，板条之间为小角度晶界。角度晶界，板条之间为小角度晶界。 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 板条马氏体的亚结构主板条马氏体的亚结构主 要为要为，位错，位错 形成位错网络（缠结），形成位错网络（缠结）， 位错密度随含碳量增加而位错密度随含碳量增加而 增大，常为增大，常为 故称位错故称位错

5、 马氏体。马氏体。 亚结构：位错亚结构：位错 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 2 2、片状马氏体、片状马氏体 形态：双凸透镜片状形态：双凸透镜片状 中脊中脊 第第1 1片贯穿整个晶粒，片贯穿整个晶粒， 互不平行，愈来愈小。互不平行，愈来愈小。 亚结构：孪晶亚结构：孪晶 出现在高碳钢中出现在高碳钢中 残余奥氏体分布在马氏体片间残余奥氏体分布在马氏体片间 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 3 3、蝶状马氏体、蝶状马氏体 特征：断面上两翼结合部

6、分很象片状马氏体中特征：断面上两翼结合部分很象片状马氏体中 脊，由此向两侧张成取向不同的马氏体。立体形状脊，由此向两侧张成取向不同的马氏体。立体形状 “V V”形柱状，断面呈蝴蝶状。形柱状，断面呈蝴蝶状。 ( (书中图书中图7.9)7.9) 亚结构：高密度位错。亚结构：高密度位错。 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 4 4、薄片状马氏体、薄片状马氏体 特征：立体形状为薄片状，其金相形态呈很细特征：立体形状为薄片状，其金相形态呈很细 的带状、并且相互交叉、分枝、曲折等形态。的带状、并且相互交叉、分枝、曲折等形态。 亚结

7、构：孪晶，但无中脊（与片状马氏体区别）亚结构：孪晶，但无中脊（与片状马氏体区别） ( (书中图书中图7.10)7.10) Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 5 5、马氏体马氏体 点阵结构：点阵结构： 密排六方（其它马氏体均密排六方（其它马氏体均 为体心立方或体心正方点阵结为体心立方或体心正方点阵结 构）构） 特征：薄片状特征：薄片状 亚结构：高密度层错亚结构：高密度层错 原因：奥氏体的层错能较低原因：奥氏体的层错能较低 形成形成 ( (书中图书中图7.11)7.11) Beijing Institute of Pet

8、ro-chemical Technology 第七章马氏体转变 二、影响马氏体形态和亚结构的因素二、影响马氏体形态和亚结构的因素 (1)(1)马氏体形成温度马氏体形成温度 一般地：在马氏体相变温度一般地：在马氏体相变温度M Ms s M Mf f范围内，随马范围内，随马 氏体形成温度降低，马氏体形态将按氏体形成温度降低，马氏体形态将按 板条状板条状蝶状蝶状片状片状薄片状薄片状 亚结构则由位错逐步向孪晶转化。亚结构则由位错逐步向孪晶转化。 进行进行 MS点高的奥氏体，冷却后形成板条马氏体，亚结构为位错点高的奥氏体，冷却后形成板条马氏体，亚结构为位错; MS点低的奥氏体，点低的奥氏体， 冷却后形成

9、片状马氏体，亚结构为孪晶冷却后形成片状马氏体，亚结构为孪晶; MS点不高不低的奥氏体，冷却后形成混合型组织点不高不低的奥氏体，冷却后形成混合型组织(片状片状+板条板条 马氏体马氏体)，亚结构为位错，亚结构为位错+孪晶。孪晶。 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 二、影响马氏体形态和亚结构的因素二、影响马氏体形态和亚结构的因素 (2)(2)化学成分化学成分 碳含量：碳含量： 0.3%0.3%，板条马氏体；，板条马氏体； 0.30.31.0%1.0%，板条马氏体和片状马氏，板条马氏体和片状马氏 体混合组织，体混合组织， 1

10、.0%1.0%，片状马氏体。，片状马氏体。 合金元素：合金元素： 缩小缩小相区的，促使板条相区的，促使板条M M形成；形成； 扩大扩大相区的，促使片状相区的，促使片状M M形成；形成； 显著降低显著降低层错能的，促使层错能的，促使M M形成。形成。 Fe-C合金中合金中 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 二、影响马氏体形态和亚结构的因素二、影响马氏体形态和亚结构的因素 （3）奥氏体和马氏体强度）奥氏体和马氏

11、体强度 马氏体的形态与马氏体的形态与Ms点处奥氏体屈服强度和点处奥氏体屈服强度和 马氏体强度有关系。马氏体强度有关系。 当奥氏体屈服强度当奥氏体屈服强度200Mpa 若马氏体强度若马氏体强度 高高 低低 片状马氏体片状马氏体 板条马氏体板条马氏体 形成形成 当奥氏体屈服强度当奥氏体屈服强度 200Mpa，形成片状马氏体。，形成片状马氏体。 理论解释：理论解释： 强度低时，滑移变形，在强度低时，滑移变形，在111A形成板条马氏体；形成板条马氏体； 强度高时，孪晶变形，在强度高时，孪晶变形，在225A、 259A形成片状马氏体。形成片状马氏体。 Beijing Institute of Petro

12、-chemical Technology 第七章马氏体转变 碳钢马氏体形态和晶体学特征与碳钢马氏体形态和晶体学特征与 钢的钢的C C含量及含量及M MS S点的关系点的关系 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 三、马氏体的性能三、马氏体的性能 一）一） 马氏体的强度和硬度马氏体的强度和硬度 钢中马氏体的主要特性是高硬度和高强度。钢中马氏体的主要特性是高硬度和高强度。 （1）硬度和强度）硬度和强度 HRC C% Ar 硬度硬度 /HRC Ar(%) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 70 60

13、50 40 30 20 10 70 60 50 40 30 20 10 1 2 3 曲线曲线1马氏体的硬度马氏体的硬度 曲线曲线2Ac1Accm淬火淬火 后钢的硬度后钢的硬度 曲线曲线1高于高于Accm淬火淬火 后钢的硬度后钢的硬度 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 曲线曲线1马氏体的马氏体的 硬度硬度 采用完全淬火（完采用完全淬火（完 全奥氏体化）并全奥氏体化）并 进行冷处理，使进行冷处理，使 奥氏体全部转化奥氏体全部转化 为马氏体，所得为马氏体，所得 即为马氏体硬度即为马氏体硬度 和碳含量关系。和碳含量关系。 H

14、RC C% Ar 硬度硬度 /HRC Ar(%) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 70 60 50 40 30 20 10 70 60 50 40 30 20 10 1 2 3 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 曲线曲线2 2Ac1Accm 淬火淬火 是亚共析钢高于是亚共析钢高于ACAC3 3、 过共析钢高于过共析钢高于ACAC1 1且且 低于低于ACACCm Cm的淬火的硬 的淬火的硬 度。对于过共析钢度。对于过共析钢 采用的是高于采用的是高于ACAC1 1的的 不完全淬火，所得不完全淬

15、火，所得 马氏体中碳含量即马氏体中碳含量即 为该温度下奥氏体为该温度下奥氏体 的饱和的饱和C C浓度，温度浓度，温度 不变时均相同，故不变时均相同，故 随碳含量增高，硬随碳含量增高，硬 度基本不变。度基本不变。 HRC C% Ar 硬度硬度 /HRC Ar(%) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 70 60 50 40 30 20 10 70 60 50 40 30 20 10 1 2 3 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 曲线曲线3高于高于Accm 淬淬 火后钢的硬度火后钢的硬度 即为完全

16、即为完全奥氏体化后奥氏体化后 淬火所得的硬度曲线，淬火所得的硬度曲线， 当当C C量低时，淬火后量低时，淬火后 马氏体的硬度随碳量马氏体的硬度随碳量 增加而升高；当增加而升高；当C C量量 高时，高时，M Mf f已在已在00以以 下，淬火后得到马氏下，淬火后得到马氏 体和奥氏体双相组织。体和奥氏体双相组织。 随随C C量增高，奥氏体量增高，奥氏体 量增加，由于奥氏体量增加，由于奥氏体 硬度低，硬度反而下硬度低，硬度反而下 降。降。 HRC C% Ar 硬度硬度 /HRC Ar(%) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 70 60 50 40 30 20 10 70 6

17、0 50 40 30 20 10 1 2 3 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 由此可以得出结论：由此可以得出结论： Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 (2)(2)马氏体高强度高硬度的本质马氏体高强度高硬度的本质 相变强化相变强化 马氏体相变的切变特性，造成马氏体晶体内产马氏体相变的切变特性，造成马氏体晶体内产 生大量的微观缺陷（位错、孪晶、层错等）使马生大量的微观缺陷（位错、孪晶、层错等）使马 氏体强化，称为相变强化。氏体强化，称为相变强

18、化。 请同学们思考位错、孪晶、层错如何实现强化的？请同学们思考位错、孪晶、层错如何实现强化的？ Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 是指马氏体相变时，在晶体内是指马氏体相变时，在晶体内 造成晶格缺陷密度很高的亚结构。如板条马造成晶格缺陷密度很高的亚结构。如板条马 氏体中高密度的位错、片状马氏体中的孪晶氏体中高密度的位错、片状马氏体中的孪晶 或层错等，这些缺陷都将阻碍位错的运动，或层错等，这些缺陷都将阻碍位错的运动， 使马氏体得到强化。这些缺陷的增加，使马使马氏体得到强化。这些缺陷的增加，使马 氏体强度提高氏体强度提高1

19、47147186 MPa186 MPa。 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 马氏体的碳浓度马氏体的碳浓度 Wc 100 50 70 40 60 20 30 10 0.10.30.20.400.5 0.6 0.7 0.80.9 1.0 硬度硬度 ( HRC ) 固溶强化固溶强化 马氏体中以间隙式溶入过饱和碳原子将引起强烈点阵畸马氏体中以间隙式溶入过饱和碳原子将引起强烈点阵畸 变，形成以碳原子为中心应力场，并与位错发生交互作用，变，形成以碳原子为中心应力场，并与位错发生交互作用， 使碳原子钉扎位错，强化马氏体。使碳原子钉

20、扎位错，强化马氏体。 C C大于大于0.4%0.4%时，这种作用不明显。时，这种作用不明显。 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 马氏体时效强化马氏体时效强化 马氏体发生碳原子偏聚和析出，从而产生时效强马氏体发生碳原子偏聚和析出，从而产生时效强 化。化。 马氏体在淬火后室温停留期间、马氏体在淬火后室温停留期间、 或在外力作用下，使碳原子通过扩散，或在外力作用下，使碳原子通过扩散， 发生碳原子偏聚和析出、甚至以碳化发生碳原子偏聚和析出、甚至以碳化 物弥散析出，使马氏体晶体内产生超物弥散析出，使马氏体晶体内产生超 显微不均

21、匀，引起时效强化。显微不均匀，引起时效强化。 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 马氏体的形态及亚结构的影响马氏体的形态及亚结构的影响 孪晶对孪晶对M的强度硬度有附加贡献。的强度硬度有附加贡献。 C%相同时，孪晶相同时，孪晶M硬度硬度位错位错M A晶粒愈小，晶粒愈小，M愈小，愈小， 强度愈高。强度愈高。 当碳含量小于当碳含量小于0.3%0.3%时，时， 位错强化，使强度与位错强化，使强度与 C C含量呈直线关系；含量呈直线关系； 当碳含量大于当碳含量大于0.3%0.3%时，时， 出现孪晶，孪晶有一出现孪晶，孪晶有一 附

22、加强化机制，使硬附加强化机制，使硬 度的增长偏离直线。度的增长偏离直线。 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 马氏体的形变强化特性马氏体的形变强化特性 当马氏体发生塑性变形时，随碳含量的增加，其强度也增当马氏体发生塑性变形时，随碳含量的增加，其强度也增 大大 加工硬化。加工硬化。 / Mpa 2 0.2 0.02 C% Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 二）马氏体的塑性和韧性二）马氏体的塑性和韧性 (1)(1)韧性韧性 马氏体的韧性主要决定于

23、亚结构。马氏体的韧性主要决定于亚结构。 C%:0.4%C%:0.4%0.4%，韧性低，硬而脆。，韧性低，硬而脆。 仅从韧性考虑，含仅从韧性考虑，含C C量不宜量不宜0.4%0.4% 三、马氏体的性能三、马氏体的性能 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 二）马氏体的塑性和韧性二）马氏体的塑性和韧性 (1)(1)韧性韧性 亚结构：亚结构： 位错型马氏体位错型马氏体( (低碳）具有良好的韧性，低碳）具有良好的韧性， 孪晶型马氏体（高碳）韧性很低。孪晶型马氏体（高碳）韧性很低。 三、马氏体的性能三、马氏体的性能 高碳钢淬火：高

24、碳钢淬火： 采用低温加热，短时保温，以减少采用低温加热，短时保温，以减少M含碳量，获得隐针含碳量，获得隐针M。 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 (2) (2)马氏体的相变诱发塑性马氏体的相变诱发塑性 在马氏体转变过程中塑性有所增加在马氏体转变过程中塑性有所增加-马氏体的马氏体的 相变诱发塑性。相变诱发塑性。 原因：原因： 1 1）M M的形成能松弛塑变所造成的局部应力集中，防的形成能松弛塑变所造成的局部应力集中，防 止裂纹形成或裂纹扩展。止裂纹形成或裂纹扩展。 2 2）发生塑性变形区，有形变诱发）发生塑性变形区，有

25、形变诱发M M产生，提高加工产生，提高加工 硬化率，使已塑变区继续变形困难，抑制缩颈的形成。硬化率，使已塑变区继续变形困难，抑制缩颈的形成。 使塑性和韧性提高使塑性和韧性提高 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 小结：小结： 马氏体的强度和硬度主要取决于其含马氏体的强度和硬度主要取决于其含C量。量。 塑性和韧性主要取决于其亚结构。塑性和韧性主要取决于其亚结构。 位错型马氏体具有较高强度，硬度和良好的塑韧性位错

26、型马氏体具有较高强度，硬度和良好的塑韧性 （强韧性）（强韧性） 孪晶型马氏体强度，硬度很高，但塑韧性较低。孪晶型马氏体强度，硬度很高，但塑韧性较低。 故在保证足够强度，硬度前提下，应尽量减少孪晶故在保证足够强度，硬度前提下，应尽量减少孪晶M 的数量。的数量。 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 三）马氏体的物理性能三）马氏体的物理性能 (1)比容比容 马氏体的比容比奥氏体大，膨胀系数比奥氏体小马氏体的比容比奥氏体大，膨胀系数比奥氏体小 1/3； (2)磁性磁性 铁磁性，因此可用磁性法测量马氏体转变量；铁磁性，因此可用磁

27、性法测量马氏体转变量； (3)电阻电阻 电阻比珠光体大电阻比珠光体大 三、马氏体的性能三、马氏体的性能 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 四、四、 片状马氏体存在显微裂纹。片状马氏体存在显微裂纹。 片状马氏体显微裂纹是其形成时产生的，先形成的第 一片马氏体贯穿整个原奥氏体晶粒，将奥氏体晶粒分成两 部分，使后形成的马氏体片大小受到限制，因此马氏体片 的大小不同。后形成的马氏体片不断撞击先形成的马氏体， 由于马氏体形成速度极快，相互撞击，同时还与奥氏体晶 界撞击，产生相当大的应力场，另外由于片状马氏体含碳 量较高，不能通

28、过滑移或孪生等变形方式消除应力，因此 片状马氏体出现显微裂纹。（见图7.17） 值得提出的是：值得提出的是：板条马氏体板条之间夹角很小，基本 相互平行，相互撞击的几率很小，即使偶有撞击，由于残 余奥氏体的存在可以缓解应力，因此，板条马氏体没有出 现显微裂纹。 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 第二节 马氏体转变主要特征 一、一、马氏体转变不完全性（非恒温性）马氏体转变不完全性（非恒温性） 马氏体转变开始的温度称上马氏体点，用马氏体转变开始的温度称上马氏体点，用Ms 表示。表示。 马氏体转变终了温度称下马氏体点，用马氏

29、体转变终了温度称下马氏体点，用Mf 表示表示. 只要温度达到只要温度达到Ms 以下即发生马氏体转变。以下即发生马氏体转变。 在在Ms 以下，随温度下降，转变量增加，冷却中断，转变以下，随温度下降，转变量增加，冷却中断，转变 停止。停止。 马氏体转变量是在马氏体转变量是在MsMf温度范围内，通过不断降温来温度范围内，通过不断降温来 增加的，增加的， 即马氏体转变量是温度的函数，与等温时间无即马氏体转变量是温度的函数，与等温时间无 关。关。 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 马氏体转变量与温度的关系图马氏体转变量与温度的

30、关系图 马氏体转变量是在马氏体转变量是在MsMsMfMf温度范围内，通过不断温度范围内，通过不断 降温来增加的，即马氏体转变量是温度的函数降温来增加的，即马氏体转变量是温度的函数， 。 第七章马氏体转变 由于多数钢的由于多数钢的M Mf f在室温以下，因此钢快冷在室温以下，因此钢快冷 到室温时仍有部分未转变的奥氏体存在，称之到室温时仍有部分未转变的奥氏体存在，称之 为为残余奥氏体残余奥氏体，记为，记为ArAr或或A AR R。 有残余奥氏体存在的现象，称为有残余奥氏体存在的现象，称为马氏体转马氏体转 变不完全性变不完全性。 要使残余奥氏体继续转变为马氏体，可采要使残余奥氏体继续转变为马氏体，可

31、采 用用冷处理冷处理。 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 第二节 马氏体转变主要特征 二、二、表面浮凸效应和共格切变表面浮凸效应和共格切变 马氏体转变切马氏体转变切 变示意图变示意图 马氏体转变产生的表面浮凸马氏体转变产生的表面浮凸 表面浮凸效应表面浮凸效应切变使马氏体表面出现一边凹陷、一边凸起，切变使马氏体表面出现一边凹陷、一边凸起， 并带动附近奥氏体也发生弹性切变。并带动附近奥氏体也发生弹性切变。 马氏体转变以切变方式进行马氏体转变以切变方式进行界面上原子为马氏体与奥氏体界面上原子为马氏体与奥氏体 共有。共有。

32、Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 原子切变变化位置原子切变变化位置 界面推移界面推移 M 共格切变共格切变 A 母相点阵上原子从一种排列转变到另一种排列母相点阵上原子从一种排列转变到另一种排列, ,原来相邻原来相邻 两个原子在相变后仍然相邻两个原子在相变后仍然相邻, ,它们之间相对位置不超过一个原它们之间相对位置不超过一个原 子间距。即碳原子没有经过扩散就可进行马氏体转变。子间距。即碳原子没有经过扩散就可进行马氏体转变。 三、马氏体转变的三、马氏体转变的无扩散性无扩散性 只有点阵改组，没只有点阵改组，没 有成分变化有

33、成分变化 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 马氏体无扩散切变相变证据：马氏体无扩散切变相变证据： a. 碳钢中马氏体转变前后碳浓度没有发生变化，碳钢中马氏体转变前后碳浓度没有发生变化， 仅发生晶格切变；仅发生晶格切变； b.马氏体转变可以在超低碳合金中发生，而且转马氏体转变可以在超低碳合金中发生，而且转 变速度极快，说明无碳扩散参与。变速度极快，说明无碳扩散参与。 c.转变可在极低的温度进行（转变可在极低的温度进行（4K），此时相变已），此时相变已 不可能以扩散方式进行不可能以扩散方式进行 因此，马氏体是碳在因此，马

34、氏体是碳在-Fe中过饱和固溶体，马氏中过饱和固溶体，马氏 体是从奥氏体直接转变而来，故马氏体与奥氏体碳含体是从奥氏体直接转变而来，故马氏体与奥氏体碳含 量完全相同。量完全相同。 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 四、四、M M转变的位向关系及惯习面转变的位向关系及惯习面 位向关系和惯习面位向关系和惯习面 （1 1）位向关系）位向关系 相变时，整体相互移动一段距离，相邻原子的相对位置相变时，整体相互移动一段距离，相邻原子的相对位置 无变化。作小于一个原子间距位置的位移，因此无变化。作小于一个原子间距位置的位移，因此奥氏

35、体与奥氏体与 马氏体保持一定的严格的晶体学位向关系。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： 第二节 马氏体转变主要特征 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 011M (1)位向关系：位向关系： a. K-S关系关系 晶面：晶面：011M111A 晶向：晶向：111M110A f.c.c b.c.c 111A 第七章马氏体转变 111A Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 奥氏体：奥氏体： )()()()()()()()

36、( _ 111+111+111+111+111+111+111+111=111 马氏体：马氏体： ) 101() 110()101 () 110() 101 ( )011 () 110()011 ()101 ()011()101()110(110 _ _ 奥氏体奥氏体111111晶面族包含晶面族包含4 4个不同的面，马氏体个不同的面，马氏体 110110晶面晶面 族包含族包含6 6个不同的面，因此有个不同的面，因此有2424种可能的马氏体取向。种可能的马氏体取向。 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 b.西山关系西山关

37、系 Fe-30%Ni合金在冷却至合金在冷却至-70以下，奥氏体转以下，奥氏体转 变成马氏体时存在如下位向关系（在室温以上变成马氏体时存在如下位向关系（在室温以上 形成马氏体仍遵循形成马氏体仍遵循K-S关系）关系） 晶面：晶面：011M111A 晶向：晶向：110M112A 12种种 取向取向 011M 111A b.c.c A M 第七章马氏体转变 111A 011M Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 K-S关系与西山关系比较关系与西山关系比较 （111）A K-S关系关系 西山关系西山关系 A 晶面平行关系相同晶面

38、平行关系相同 晶向相差晶向相差516 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 （2）惯习面：）惯习面： 马氏体是在母相的一定晶面上开始形成的，这个马氏体是在母相的一定晶面上开始形成的，这个 晶面就是惯习面。晶面就是惯习面。 111A、 225A、 259A。 通常：碳含量通常：碳含量0.5%时，惯习面为时，惯习面为111A ； 碳含量碳含量0.51.4%，惯习面为，惯习面为225A ； 碳含量碳含量1.41.8%，惯习面为，惯习面为259A 四、四、M M转变的位向关系及惯习面转变的位向关系及惯习面 Beijing Ins

39、titute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 第二节 马氏体转变主要特征 五、五、M M转变的可逆性转变的可逆性 冷却时，奥氏体转变成马氏体冷却时，奥氏体转变成马氏体 重新加热时，马氏体又能无扩散的向奥氏体转变。重新加热时，马氏体又能无扩散的向奥氏体转变。 这种特点称为这种特点称为马氏体转变的可逆性马氏体转变的可逆性。 MA的逆转变也是在一定的温度范围内（的逆转变也是在一定的温度范围内（ ）进行。）进行。 形状记忆合金的热弹性马氏体就是利用了这个特形状记忆合金的热弹性马氏体就是利用了这个特 点。点。 Beijing Institute of Petr

40、o-chemical Technology 第七章马氏体转变 综上所述，马氏体转变具有很多不同综上所述，马氏体转变具有很多不同 于珠光体的特点，其中最主要的和最基本的于珠光体的特点，其中最主要的和最基本的 只有两个：只有两个：切变共格性和无扩散性切变共格性和无扩散性。其他的。其他的 特点可由这两个特点派生出来。特点可由这两个特点派生出来。 第二节 马氏体转变主要特征 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 第三节 M转变的晶体学和转变机制 一、马氏体的晶体结构一、马氏体的晶体结构 马氏体是碳在马氏体是碳在-Fe中的过饱和固

41、溶体，用符中的过饱和固溶体，用符 号号M表示。表示。 A M fcc bcc 由于碳的过饱和作用由于碳的过饱和作用,使使 Fe晶格由体心晶格由体心立方立方变变 成体心成体心晶格。致使马氏体具有体心正方晶格（晶格。致使马氏体具有体心正方晶格（a = b c） Beijing Institute of Petro-chemical Technology 成分不变成分不变 结构变化结构变化 第七章马氏体转变 第三节 M转变的晶体学和转变机制 并非所有的C原子都能占据可能位置，这些可能位置 可分为三组，每一组都构成一个八面体，C原子分别占据 着这些八面体的顶点。由C原子构成的八面体点阵称为亚 点阵。c

42、轴称为第三亚点阵；b轴称为第二亚点阵；a轴称 为第一亚点阵。 第三亚点阵第二亚点阵第一亚点阵 第七章马氏体转变 c a C原子原子 Fe原子原子 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 c a C原子在马氏体的晶胞中一组扁八面体间隙位置可能存在的情况原子在马氏体的晶胞中一组扁八面体间隙位置可能存在的情况 碳择优分布在碳择优分布在c轴方向上的八面体间隙位置。这使轴方向上的八面体间隙位置。这使 得得c轴伸长，轴伸长，a轴缩短，晶体结构变为体心正方。轴缩短，晶体结构变为体心正方。 轴比轴比c/a 马氏体的正方度。马氏体的正方度。

43、 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 轴比轴比c/a 称马氏体的正方度。称马氏体的正方度。 C% 越高，正方度越大，正方畸变越严重。越高，正方度越大，正方畸变越严重。 当当0.25%C时，时，c/a=1，此时马氏体为体心立方晶格。，此时马氏体为体心立方晶格。 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 c = a0 + a = a0 c/a = 1+ a=b=c 立方结构立方结构 a=bc 正方结构正方结构 a0Fe的晶格常数的晶格常数 M的含碳量的含

44、碳量 ，常数常数 X射线结构分析测得含碳量与射线结构分析测得含碳量与M点阵常数关系点阵常数关系 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 公式7-1 第七章马氏体转变 第三节 M转变的晶体学和转变机制 二、马氏体异常正方度 实验证明，许多钢新生成的马氏体(淬火温度得到的 马氏体而不是室温)的正方度与式(7-1)不符。与式(7-1) 比较c/a相当低称异常低正方度(Mn钢)：其点阵是体心正 交的(abc，a、b轴缩短c轴伸长)。与式(7-1)比较c/a 相当高称异常高正方度(Al钢、高Ni钢)：其点阵是体心正 方的(a=bc，a、b轴伸长c轴缩

45、短)。当温度恢复到室温， 正方度又恢复到接近式(7-1)的正方度。C%增加，正方度 偏差增加。 第七章马氏体转变 第三节 M转变的晶体学和转变机制 三、马氏体转变的切变模型 1、Bain模型模型 Beijing Institute of Petro-chemical Technology f.c.c可看作体心正方可看作体心正方 其轴比其轴比c/a=1.414 A点阵只需适当变形，调整轴比，使之达到与含碳量对应点阵只需适当变形，调整轴比，使之达到与含碳量对应 的的M正方度时，正方度时，A即可转变成即可转变成M。 第七章马氏体转变 1、Bain模型模型 该模型中该模型中M和和A符合符合K-S关系：

46、关系： 111A011M，；，；M A （111）A (011)M XM YM ZM XA YA ZA 但此模型不能解释表面浮凸效应和惯习面。但此模型不能解释表面浮凸效应和惯习面。 第七章马氏体转变 2、K-S模型模型如何由如何由fcc转变为转变为bcc点阵？点阵？ 先看奥氏体先看奥氏体111面面 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 第一层第一层 第二层第二层 第三层第三层 将三层相邻将三层相邻(111)(111)A A晶面对某一层作垂直投影晶面对某一层作垂直投影 120 Beijing Institute of Pe

47、tro-chemical Technology 第七章马氏体转变 如何由如何由fcc转变为转变为bcc点阵？点阵？ 再看马氏体再看马氏体011面面 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 第一层第一层 第二层第二层 第三层第三层 将三层相邻（将三层相邻（011011）面对某一层作垂直投影）面对某一层作垂直投影 10928 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 第一层第一层 第二层第二层 第三层第三层 120 111A 110M 第二层原子沿第二层原子

48、沿方向做第一次切变方向做第一次切变 沿沿方向做第二次切变方向做第二次切变 10928 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 110M 10928 7032 10928 第二层原子沿第二层原子沿方向做第一次切变方向做第一次切变 沿沿方向做第二次切变方向做第二次切变 120 111A Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 Beijing Institute of Petro-chemical Technology 第七章马氏体转变 第四节第四节 马氏体转变的热力学马氏体转变的热力学 一、马氏体转变的热力学特点一、马氏体转变的热力学特点 G TT0