CH6.1 概述、钢中马氏体晶体结构PPT(10级)

1、授课 朱世杰 12021-7-11 授课 朱世杰 22021-7-11 1.1.马氏体的定义、马氏体转变的含义马氏体的定义、马氏体转变的含义 2.2.马氏体马氏体(M)(M)相变的主要特征相变的主要特征 3.3.马氏体的晶体结构马氏体的晶体结构 4.4.马氏体的组织形态马氏体的组织形态 5.5.马氏体转变的热力学马氏体转变的热力学 6.6.马氏体转变动力学马氏体转变动力学 7.7.马氏体转变机制马氏体转变机制 8.8.马氏体的性能马氏体的性能 9.9.马氏体转变的应用马氏体转变的应用 授课 朱世杰 32021-7-11 基本要求：基本要求： 1. 1. 马氏体的定义、马氏体转变的含义、马氏体的

2、定义、马氏体转变的含义、 2. 2. 马氏体马氏体(M)(M)相变的五个主要特征的内容相变的五个主要特征的内容 3. 3. 马氏体的晶体结构的类型、正方度马氏体的晶体结构的类型、正方度 4. 4. 马氏体的两种基本形态是板条马氏体和片状马氏体；影响马氏体形态马氏体的两种基本形态是板条马氏体和片状马氏体；影响马氏体形态 及其内部亚结构的因素及其内部亚结构的因素 5. 5. 马氏体转变的热力学条件、驱动力、马氏体转变的热力学条件、驱动力、T T0 0、M MS S的物理意义、的物理意义、MsMs点很低的点很低的 原因、马氏体的形成条件、影响钢的原因、马氏体的形成条件、影响钢的M MS S点因素点因

3、素 6. 6. 马氏体转变动力学主要有四种方式，各种方式的特征。马氏体转变动力学主要有四种方式，各种方式的特征。 7. 7. 马氏体转变机制：形核理论、三种切变模型马氏体转变机制：形核理论、三种切变模型( (本部分作一般了解本部分作一般了解) ) 8. 8. 马氏体的性能：力学性能的显著特点、马氏体高硬度马氏体的性能：力学性能的显著特点、马氏体高硬度( (高强度高强度) )的本质、的本质、 强度和韧性与含碳量及亚结构的关系；超塑性、高碳马氏体的显微裂强度和韧性与含碳量及亚结构的关系；超塑性、高碳马氏体的显微裂 纹纹 9. 9. 奥氏体稳定化：热稳定化和机械稳定化奥氏体稳定化：热稳定化和机械稳定

4、化 10. 10. 马氏体转变的应用马氏体转变的应用( (本部分作一般了解本部分作一般了解) ) 授课 朱世杰 42021-7-11 “”公元前公元前 9191年年) ) “( (窄长有短把的刀窄长有短把的刀) )， ” ( (吴国一对铁匠夫妇吴国一对铁匠夫妇),), 也是古代锋利的宝剑的代称。也是古代锋利的宝剑的代称。 载三国时蜀人蒲元对他的载三国时蜀人蒲元对他的“神刀神刀”淬火用水的选择。淬火用水的选择。 “。” ” 第四十一第四十一) )，载东魏、北齐间，载东魏、北齐间(534(534577)577)的綦母怀文在的綦母怀文在 “宿铁刀宿铁刀”淬火时淬火时“”。可见当时已采用含。可见当时已

5、采用含 盐的水和油作为具有不同冷却速度的液冷介质。盐的水和油作为具有不同冷却速度的液冷介质。 明代宋应星的明代宋应星的中对制中对制的记载：的记载：“以已健划成纵斜文理，划以已健划成纵斜文理，划 时斜向入，则方成焰。时斜向入，则方成焰。”其中其中“退微冷退微冷”， 就是预冷淬火工艺。就是预冷淬火工艺。 当相同成分的钢以很快的速度冷却当相同成分的钢以很快的速度冷却( (比如在水中冷却比如在水中冷却) )到室温或更低温到室温或更低温 度时度时( (称这种冷却为称这种冷却为) )。 授课 朱世杰 52021-7-11 指钢从奥氏体状态快速冷却指钢从奥氏体状态快速冷却( (即即) )而发生的无扩散型相而

6、发生的无扩散型相 变，转变产物为马氏体。变，转变产物为马氏体。 是替换原子经无扩散位移是替换原子经无扩散位移( (均匀和不均匀形变均匀和不均匀形变) )、由此产生、由此产生 形状改变和表面浮突、呈不变平面应变特征的一级、形核长形状改变和表面浮突、呈不变平面应变特征的一级、形核长 大型的相变。大型的相变。 授课 朱世杰 62021-7-11 授课 朱世杰 72021-7-11 ： 马氏体马氏体是碳溶于是碳溶于-Fe-Fe中的过饱和间隙式固溶体；中的过饱和间隙式固溶体； 马氏体马氏体是在冷却过程中所发生的基本特征属于马氏体型转是在冷却过程中所发生的基本特征属于马氏体型转 变的转变产物。母相无扩散地

7、、以惯习面为不变平面的切变变的转变产物。母相无扩散地、以惯习面为不变平面的切变 共格的相变产物，统称为共格的相变产物，统称为马氏体马氏体。 原子经无扩散切变的不变平面应变的晶格改组，得到的与原子经无扩散切变的不变平面应变的晶格改组，得到的与 母相具有严格晶体学关系和惯习面的含有高密度位错、层错母相具有严格晶体学关系和惯习面的含有高密度位错、层错 或孪晶等晶体缺陷的组织称为或孪晶等晶体缺陷的组织称为马氏体。马氏体。 授课 朱世杰 82021-7-11 马氏体具有正方点阵结构，记为马氏体具有正方点阵结构，记为 M或或。马氏体转变时，面心立方的马氏体转变时，面心立方的 奥氏体通过切变转变为体心立方的

8、奥氏体通过切变转变为体心立方的- Fe，此时碳原子仍停留在六个铁原子此时碳原子仍停留在六个铁原子 所组成的八面体中心所组成的八面体中心。碳原子位于面碳原子位于面 心或棱边中心，即扁八面体的中心，心或棱边中心，即扁八面体的中心， 碳原子溶入后，会使短轴碳原子溶入后，会使短轴(c轴轴)伸长，伸长， 长轴长轴(a轴轴)缩短，晶体结构为体心正方。缩短，晶体结构为体心正方。 其其轴比轴比c/a不再等于不再等于1，称为，称为马氏体的马氏体的 正方度正方度 。 授课 朱世杰 92021-7-11 马氏体的晶胞模型马氏体的晶胞模型 (a)(a)碳原子在马氏体的晶胞中可能存在的位置碳原子在马氏体的晶胞中可能存在

9、的位置 (b)(b)碳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 (c)(c)碳原子在马氏体的晶胞中一组扁八面体间隙位置未填满的情况碳原子在马氏体的晶胞中一组扁八面体间隙位置未填满的情况 授课 朱世杰 102021-7-11 ，含碳量愈高，正方，含碳量愈高，正方 度愈大，即：度愈大，即： 碳碳含量对含量对c，a的影响的影响 c=0+ a=0+ c/a =1+ 式中：式中：00.2861nm (-Fe点点 阵参数阵参数)； =0.1160.002； =0.0460.001； =0.0130.002； 马氏体碳含量马氏体碳含量(重

10、量重量%)。 授课 朱世杰 112021-7-11 有些钢的马氏体的正方度远偏离式有些钢的马氏体的正方度远偏离式(6-3)的数值，称为的数值，称为异常异常 正方度正方度 在高碳铝钢（在高碳铝钢（1.5%C1.5%C，7%Al7%Al）和高镍钢（）和高镍钢（1.0%C1.0%C，19%Ni19%Ni）中）中 新淬火马氏体，测试其正方度要高于式新淬火马氏体，测试其正方度要高于式(6-3)(6-3)给出的数值，称为给出的数值，称为 异常高正方度异常高正方度；当温度回升到室温时，；当温度回升到室温时，正方度下降。正方度下降。MsMs点低于点低于 0 0的锰钢（的锰钢（0.6%-0.8%C,6%-7%M

11、n0.6%-0.8%C,6%-7%Mn）制成奥氏体单晶，淬入液氮，）制成奥氏体单晶，淬入液氮， 测试其在液氮温度下的正方度要低于式测试其在液氮温度下的正方度要低于式(6-3)(6-3)给出的数值，称为给出的数值，称为 异常低正方度异常低正方度。 当碳含量小于当碳含量小于0.2%时，碳原子偏聚于马氏体的位错线或是时，碳原子偏聚于马氏体的位错线或是 均匀地分布在均匀地分布在X、Y和和Z三个位置上，即处于完全无序状态。碳三个位置上，即处于完全无序状态。碳 原子的存在虽然引起点阵常数的增加，但不会改变正方度。原子的存在虽然引起点阵常数的增加，但不会改变正方度。 合金元素对马氏体的正方度影响不大。合金元

12、素对马氏体的正方度影响不大。 授课 朱世杰 122021-7-11 马氏体的晶体结构类型有两种：马氏体的晶体结构类型有两种： 体心立方结构体心立方结构(WC0.2%) 奥氏体具有面心立方点阵，溶入的碳原子位于铁原子所组成奥氏体具有面心立方点阵，溶入的碳原子位于铁原子所组成 的正八面体中心的正八面体中心。 授课 朱世杰 132021-7-11 马氏体转变时马氏体与奥氏体存在着严格的晶体学关系：马氏体转变时马氏体与奥氏体存在着严格的晶体学关系： 位向关系和惯习面位向关系和惯习面 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

13、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，因此奥氏体与马氏奥氏体与马氏 体保持一定的严格的晶体学位向关系。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：(1) K-S关系关系 (2) 西山西山(N)关系关系 (3) G-T关系关系 (4) K-V-N关系关系 授课 朱世杰 142021-7-11 1930年，库尔鸠莫夫与年，库尔鸠莫夫与Sachs在在 1.4%碳的碳钢中发现，马氏体与奥氏碳的碳钢中发现，马氏体与奥氏 体有下述关系：体有下述关系： 110M /111， ， M / 右图为钢中马氏体在不同的右图为钢中马氏体在不同的(111)晶面晶面 上形成时可能有六种不

14、同上形成时可能有六种不同K-S关系。关系。 授课 朱世杰 152021-7-11 1934年，西山在铁镍合金中发现，年，西山在铁镍合金中发现， 在室温以上形成的马氏体与奥氏体之间在室温以上形成的马氏体与奥氏体之间 存在存在K-S关系，而在关系，而在-70以下形成的马以下形成的马 氏体与奥氏体呈下列关系：氏体与奥氏体呈下列关系： 西山关系与西山关系与K-S关系相比，晶面关系相关系相比，晶面关系相 同，晶向关系相差同，晶向关系相差516。 授课 朱世杰 162021-7-11 1994 1994年，年，GrenigenGrenigen与与Troiano Troiano 在在Fe-Fe- Ni-CN

15、i-C合金中发现，马氏体与奥氏体的位向合金中发现，马氏体与奥氏体的位向 接近接近K-SK-S关系，但略有偏差，其中晶面差关系，但略有偏差，其中晶面差1 1 度，晶向差度，晶向差2 2，称为，称为。 110 110M M /111 /111 差 差1 1， M M / / 差 差2 2 授课 朱世杰 172021-7-11 惯习面即马氏体转变的不变平面，马氏体即在此平面上形惯习面即马氏体转变的不变平面，马氏体即在此平面上形 成。惯习面总是平行或接近奥氏体的某一晶面，并随奥氏体中成。惯习面总是平行或接近奥氏体的某一晶面，并随奥氏体中 含碳量及马氏体形成温度而变化。含碳量及马氏体形成温度而变化。 当当WC 0.6%时，惯习面为时，惯习面为111； 当当WC