__马氏体转变

1、第七章第七章 马氏体转变马氏体转变7.17.1、马氏体的晶体结构和转变特点、马氏体的晶体结构和转变特点7.27.2、马氏体的组织形态、马氏体的组织形态7.37.3、马氏体的性能、马氏体的性能7.47.4、马氏体相变的切变模型、马氏体相变的切变模型7.57.5、马氏体转变的热力学、马氏体转变的热力学7.67.6、马氏体转变的动力学、马氏体转变的动力学7.77.7、奥氏体的稳定化、奥氏体的稳定化7.87.8、热弹性马氏体与形状记忆效应、热弹性马氏体与形状记忆效应稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区过冷奥氏体区过冷奥氏体区A向产向产物转变开始线物转变开始线A向产物向产物转变终止线转变终止线 A +产产 物物

2、 区区产物区产物区A1550;高温转变区高温转变区;扩散型转变扩散型转变;P 转变区。转变区。550230;中温转变中温转变区区;半扩散型转变半扩散型转变; 贝氏体贝氏体( B ) 转变区转变区;230 - 50;低温转低温转变区变区;非扩散型转变非扩散型转变;马氏体马氏体 ( M ) 转变区。转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMfM+AR共析碳钢共析碳钢C曲线分析曲线分析马氏体相变：马氏体相变：钢铁在经过奥氏体化温度后采取快速冷却，钢铁在经过奥氏体化温度后采取快速冷却，抑制其扩散分解，在较低温度（抑制其扩散分

3、解，在较低温度（Ms）下发生的无扩散）下发生的无扩散型相变。型相变。A1温度温度()MsV1P炉冷炉冷V2S空冷空冷V3油冷油冷V4MAR水冷水冷VkPST临界冷却速度临界冷却速度时间时间(s) 实际生产实际生产 连续冷却连续冷却A M （ ） fcc 体心正方体心正方7.1、马氏体的晶体结构和转变特点、马氏体的晶体结构和转变特点一一.马氏体的晶体结构马氏体的晶体结构马氏体是马氏体是碳碳在在Fe中的中的过饱和固溶体过饱和固溶体，用符号，用符号M表示。表示。n由于碳的过饱和作用由于碳的过饱和作用,使使 Fe晶格由体心立方变成体心正晶格由体心立方变成体心正方晶格。方晶格。致使马氏体具有体心正方晶格

4、（致使马氏体具有体心正方晶格（a = b c）ca成分不变成分不变结构变化结构变化C原子原子Fe原子原子caC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。这使得轴方向上的八面体间隙位置。这使得c轴伸长，轴伸长，a轴缩短，晶体结构变为轴缩短，晶体结构变为体心正方体心正方。轴比轴比c/a 马氏体的正方度。马氏体的正方度。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

5、马氏体为体心立方晶格。，此时马氏体为体心立方晶格。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二二. . 马氏体转变特点马氏体转变特点1 1、表面浮凸效应和共格切变、表面浮凸效应和共格切变 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

6、 界面上原子为马氏体与奥氏体共有。界面上原子为马氏体与奥氏体共有。 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。原子间距。即碳原子没有经过扩散就可进行马氏体转变。二二. . 马氏体转变特点马氏体转变特点 2 2、无扩散相变无扩散

7、相变 只有点阵改组，没只有点阵改组，没有成分变化有成分变化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：马氏体是碳在-Fe中过饱和固溶体，马氏体是中过饱和固溶体，马氏体是从奥氏体

8、直接转变而来，故马氏体与奥氏体碳含量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。完全相同。二二. . 马氏体转变特点马氏体转变特点 3 3、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无变相变时，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，因此化。作小于一个原子间距位置的位移，因此奥氏体与马氏体保奥氏体与马氏体保持一定的严格的晶体学位向关系。持一定的严格的晶体学位向关系。 位向关系有：位向关系有：011M(1)位向关系：位向关系：

9、a. K-S关系关系晶面：晶面：011M111A晶向：晶向：111M011A 二二. . 马氏体转变特点马氏体转变特点 3 3、M M转变的位向关系及惯习面转变的位向关系及惯习面f.c.cb.c.c111A111Ab.西山关系西山关系 Fe-30%Ni合金在冷却至合金在冷却至-70以下，奥氏体转变成以下，奥氏体转变成马氏体时存在如下位向关系（在室温以上形成马氏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体仍遵循K-S关系）关系） 晶面：晶面：011M111A 晶向：晶向：110M112A12种种取向取向011M111Ab.c.cAM111A011MK-S关系与西山关系比较关系与西山关系

10、比较（111）AK-S关系关系西山关系西山关系A晶面平行关系相同晶面平行关系相同晶向相差晶向相差516（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，这个晶面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。就是惯习面。 111A、 225A、 259A。 通常：碳含量通常：碳含量0.6%时，惯习面为时，惯习面为111A ； 碳含量碳含量0.61.4%，惯习面为，惯习面为225A ； 碳含量碳含量1.51.8%，惯习面为，惯习面为259A 二二. . 马氏体转变特点马氏体转变特点 3 3、M M转变的位向关系及惯习面转变的位向关系及惯习面二二. . 马氏体转变特点马氏体

11、转变特点 4 4、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）l马氏体转变开始的温度称马氏体转变开始的温度称上马氏体点，上马氏体点，用用Ms 表示。表示。l马氏体转变终了温度称马氏体转变终了温度称下马氏体点，下马氏体点，用用Mf 表示表示.l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。l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，通过不断降温来增加的，温度范围内，通过不断降温来增加的， 即即马氏体转变量是温度的函数，与等温时间无

12、关。马氏体转变量是温度的函数，与等温时间无关。 马氏体转变量与温度的关系图马氏体转变量与温度的关系图 由于多数钢的由于多数钢的M Mf f在室温以下，因此钢在室温以下，因此钢快冷到室温时仍有部分未转变的奥氏体存快冷到室温时仍有部分未转变的奥氏体存在，称之为在，称之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，称为马氏马氏体转变不完全性体转变不完全性。 要使残余奥氏体继续转变为马氏体，要使残余奥氏体继续转变为马氏体，可采用可采用冷处理冷处理。 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

13、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点。形状记忆合金的热弹性马氏体就是利用了这个特点。二二. . 马氏体转变特点马氏体转变特点1 1、表面浮凸效应和共格切变、表面浮凸效应和共格切变2 2、无扩散相变无扩散相变3 3、M M转变具有一定的位向关系及惯习面转变具有一定的位向关系及惯习面4 4、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）5 5、马氏体转变的可逆性、马氏体

14、转变的可逆性7.2 7.2 马氏体的组织形态马氏体的组织形态 一一. . 马氏体形态马氏体形态 板条，片状，蝴蝶状、薄板状及薄片状板条，片状，蝴蝶状、薄板状及薄片状1 1、板条马氏体、板条马氏体 马氏体群：马氏体群：形态上呈平行排列的板条集团形态上呈平行排列的板条集团马氏体束：马氏体束：同取向（晶面平行关系）的板条集团同取向（晶面平行关系）的板条集团马氏体板条：马氏体板条：马氏体的最基本单元，窄而细长。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，板条间往往存在微米，板条间往往存在薄膜状的残余奥氏体薄膜状的残余奥氏体光镜下光镜下组织单元：组织单元：群群束束板条

15、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 一个奥氏体晶粒内包含几个群，一个群内存在位向差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、时，也会形成几个束。群和束都是由板条组成。群、束之间均为大角度晶界，板条之间为小角度晶界。束之间均为大角度晶界，板条之间为小角度晶界。 板条马氏体的亚结构主要板条马氏体的亚结构主要为为，位错形成，位错形成位错网络（缠结），位错密位错网络（缠结），位错密度随含碳量增加而增大，常度随含碳量增加而增大，常为为故称位错马氏体。故称位错马氏体。亚结构：亚结构：位错

16、位错2 2、片状马氏体、片状马氏体 形态：形态：双凸透镜片状双凸透镜片状 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：亚结构：孪晶孪晶出现在高碳钢中出现在高碳钢中残余奥氏体残余奥氏体分布在马氏体片间分布在马氏体片间片状马氏体的亚结构：主要是孪晶。因此片状马片状马氏体的亚结构：主要是孪晶。因此片状马氏体又称为氏体又称为孪晶马氏体孪晶马氏体。（高（高密度密度细微细微孪晶）孪晶）C%1.4%a coherent twin boundaryan incoherent twin boundaryf f 3 3、蝶状马氏体、蝶状马氏体 特征：特征

17、：断面上两翼结合部分很象片状马氏体中脊，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。立体形状由此向两侧张成取向不同的马氏体。立体形状“V V”形形柱状，断面呈蝴蝶状。柱状，断面呈蝴蝶状。 亚结构：亚结构：高密度位错。高密度位错。 蝶状马氏体蝶状马氏体（a）Fe-18Ni-0.74Cr-0.5C，-10冷却，冷却，35%Na2S2O5腐蚀腐蚀（b）应力诱生，）应力诱生，Fe-29Ni-0.26C，0，40%40%加工加工4 4、薄片状马氏体、薄片状马氏体 特征：特征：立体形状为薄片状，其金相形态呈很细的带立体形状为薄片状，其金相形态呈很细的带状、并且相互交叉、分枝、曲折

18、等形态。状、并且相互交叉、分枝、曲折等形态。 亚结构：亚结构：孪晶，但无中脊（与片状马氏体区别）孪晶，但无中脊（与片状马氏体区别） 5 5、马氏体马氏体 点阵结构：点阵结构： 密排六方（其它马氏体均为体心立方或体密排六方（其它马氏体均为体心立方或体心正方点阵结构）心正方点阵结构） 特征：特征：薄片状薄片状 亚结构：亚结构：高密度层错高密度层错 原因：原因：奥氏体的层错能较低形成奥氏体的层错能较低形成2.2.影响马氏体形态和亚结构的因素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，随马氏体

19、范围内，随马氏体形成温度降低，马氏体形态将按形成温度降低，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亚结构则由位错位错逐步向逐步向孪晶孪晶转化。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。 2.2.影响马氏体形态和亚结构的因素影响马氏体形

20、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体混合组织，板条马氏体和片状马氏体混合组织， 1.0%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（3 3）奥氏体层错能）奥氏体层错能 随着奥氏体层错能的降低：随着奥氏体层错能的降低： 马氏体相变按照孪晶马氏体相变按照

21、孪晶 位错马氏体；位错马氏体； （只有层错能足够低时，才形成（只有层错能足够低时，才形成马氏体）马氏体）（4）奥氏体和马氏体强度）奥氏体和马氏体强度 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

22、时，孪晶变形，在225A、 259A形成片状马氏体。形成片状马氏体。 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7.3、马氏体的性能、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 HRCC%Ar硬度硬度/HRCAr(%)0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.47060504030201070605040302010321曲线曲线3马氏体的硬度马氏体的硬度曲线曲线2高于高于Ac1淬火后淬火

23、后 钢的硬度钢的硬度曲线曲线1高于高于Ac3或或Accm 淬火后钢的硬度淬火后钢的硬度 曲线曲线3马氏体马氏体的硬度的硬度 采用完全淬火（完采用完全淬火（完全奥氏体化）并进全奥氏体化）并进行冷处理，使奥氏行冷处理，使奥氏体全部转化为马氏体全部转化为马氏体，所得即为马氏体，所得即为马氏体硬度和碳含量关体硬度和碳含量关系。系。 HRCC%Ar硬度硬度/HRCAr(%)0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.47060504030201070605040302010321曲线曲线2 2高于高于Ac1淬火淬火 后钢的硬度后钢的硬度是亚共析钢高于是亚共析钢高于ACAC3 3、过、过共析钢

24、高于共析钢高于ACAC1 1且低于且低于ACACCmCm的淬火的硬度。的淬火的硬度。对于过共析钢采用的对于过共析钢采用的是高于是高于ACAC1 1的不完全淬的不完全淬火，所得马氏体中碳火，所得马氏体中碳含量即为该温度下奥含量即为该温度下奥氏体的饱和氏体的饱和C C浓度，温浓度，温度不变时均相同，故度不变时均相同，故随碳含量增高，硬度随碳含量增高，硬度基本不变。基本不变。 HRCC%Ar硬度硬度/HRCAr(%)0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.47060504030201070605040302010321曲线曲线1高于高于Ac3或或Accm 淬火后钢的硬度淬火后钢的硬度

25、 即为完全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，淬火后马量低时，淬火后马氏体的硬度随碳量增加氏体的硬度随碳量增加而升高；当而升高；当C C量高时，量高时，M Mf f已在已在00以下，淬火以下，淬火后得到马氏体和奥氏体后得到马氏体和奥氏体双相组织。随双相组织。随C C量增高，量增高，奥氏体量增加，由于奥奥氏体量增加，由于奥氏体硬度低，硬度反而氏体硬度低，硬度反而下降。下降。 HRCC%Ar硬度硬度/HRCAr(%)0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.47060504030201070605040302010321 由此可以得出

26、结论：由此可以得出结论：(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生大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）使马氏体强化，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。称为相变强化。 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？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、片状马氏体条马氏体中高密度的位错、片状马氏体中的孪

27、晶或层错等，这些缺陷都将阻碍中的孪晶或层错等，这些缺陷都将阻碍位错的运动，使马氏体得到强化。这些位错的运动，使马氏体得到强化。这些缺陷的增加，使马氏体强度提高缺陷的增加，使马氏体强度提高147147186 MPa186 MPa。 马氏体的碳浓度马氏体的碳浓度 Wc 100507040602030100.10.30.20.400.50.6 0.70.80.91.0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变，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，使碳原子形成以碳原子为中心应力场，并与位错

28、发生交互作用，使碳原子钉扎位错，强化马氏体。钉扎位错，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。 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，从而产生时效强化。马氏体发生碳原子偏聚和析出，从而产生时效强化。 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 显微不均匀，引起时效强化。显微不均匀，引起时效强化。马氏体的形态及亚结构的影

29、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MA晶粒愈小，晶粒愈小，M愈小，愈小，强度愈高。强度愈高。n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；n当碳含量大于当碳含量大于0.3%0.3%时，时，出现孪晶，孪晶有一附出现孪晶，孪晶有一附加强化机制，使硬度的加强化机制，使硬度的增长偏离直线。增长偏离直线。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，其强度也增大当马氏体发生塑性变形时，随碳含量

30、的增加，其强度也增大 加工硬化。加工硬化。 / Mpa20.20.02C%二二. . 马氏体的塑性和韧性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马氏体的韧性主要决定于亚结构亚结构。C%:C%:0.4%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% 7.3、马氏体的性能、马氏体的性能亚结构：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。高碳钢淬火：高碳钢淬火：采用低温加热，短时保温，以减少采用低温加热

31、，短时保温，以减少M含碳量，获得隐针含碳量，获得隐针M。(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-马氏体的相变马氏体的相变诱发塑性。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，防止裂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。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，有形变诱发M M产生，提高加工硬化产生，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。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小

32、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（强韧性）位错型马氏体具有较高强度，硬度和良好的塑韧性（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。三三. 马氏体的物理性能马氏体的物理性能 (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； (

33、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7.3、马氏体的性能、马氏体的性能7.4、马氏体相变的切变模型、马氏体相变的切变模型 一一.Bain模型模型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=1.414A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。7.4、马氏体相变的切变模型、马氏体相变的切变模型 一一.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：关系：111A0

34、11M，；，；M A（111）A(011)MXMYMZMXAYAZA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。7.4、马氏体相变的切变模型、马氏体相变的切变模型 二二.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1207.4、马氏体相变的切变模型、马氏体相变的切变模型 二二.K-S模型模型如何由如何由fcc转变为转变为bcc点阵？点阵？再看马氏体再看马氏体011面面第一层第一层第二层第二层

35、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第一层第一层第二层第二层第三层第三层120111A110M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10928110M10928703210928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120111A7.5、马氏体转变的热力学、马氏体转变的热力学一一.马氏体转变的热力学特点马氏体转变的热力学特点GTT0GMGATMsGAMl 马氏体转变必须过冷到低于马氏体转变必须过冷到低于T0的某一温度的某一

36、温度MS以下才能发生。以下才能发生。l大部分合金只有不断降温，大部分合金只有不断降温，M转变才能继续进行。转变才能继续进行。lMS点以上对点以上对A进行塑性变形会进行塑性变形会诱发诱发M相变，使相变，使MS点上升至点上升至Md点，点，MdT0。7.5、马氏体转变的热力学、马氏体转变的热力学一一.马氏体转变的热力学特点马氏体转变的热力学特点GTT0GAMMsT1ab化学驱动力化学驱动力机械机械驱动力驱动力Md7.5、马氏体转变的热力学、马氏体转变的热力学二二.马氏体转变的热力学条件马氏体转变的热力学条件l驱动力：驱动力： GV+GD（A晶体缺陷能）晶体缺陷能）l阻力：阻力：界面能界面能GS 弹性

37、应变能弹性应变能GE 切变抗力（晶格改组）切变抗力（晶格改组） 出现大量位错及孪晶使能量出现大量位错及孪晶使能量 ，阻力，阻力 。 GPG（GV+GD ）GS GE GP lM相变的热力学条件：相变的热力学条件：G0，相变才能进行，相变才能进行，由于由于M转变的阻力较大，致使转变必须在较大过冷度下转变的阻力较大，致使转变必须在较大过冷度下才能进行（几百度）才能进行（几百度） 。l马氏体的形成工艺条件：马氏体的形成工艺条件： （1 1）快冷）快冷 避免奥氏体向避免奥氏体向P P、B B转变。转变。 （2 2）深冷）深冷 提供足够的驱动力。提供足够的驱动力。 7.5、马氏体转变的热力学、马氏体转变

38、的热力学三三.MS点的物理意义点的物理意义 Ms点是点是A和和M两相自由能差达到相变所需最小驱动力两相自由能差达到相变所需最小驱动力值时的温度，反映了值时的温度，反映了M转变得以进行所需的最小过冷度。转变得以进行所需的最小过冷度。 MS点以下形成一定量的点以下形成一定量的M后，便会使系统的后，便会使系统的G0，转变即中止，继续降温使转变即中止，继续降温使G0，转变又继续进行，这就是，转变又继续进行，这就是M转变需不断降温的原因。转变需不断降温的原因。 7.5、马氏体转变的热力学、马氏体转变的热力学四四.影响影响MS点的因素点的因素 1、A化学成分（最主要因素）化学成分（最主要因素） 碳的影响最

39、显著，碳的影响最显著，C ，MS ，Mf ，6007005003004002001000-100-2000.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.00温度温度 Wc 100MsMf7.5、马氏体转变的热力学、马氏体转变的热力学四四.影响影响MS点的因素点的因素 1、A化学成分（最主要因素）化学成分（最主要因素） 碳的影响最显著，碳的影响最显著，C ，MS ，Mf ;合金元素，除合金元素，除Al，Co，其余均使，其余均使MS ；N的作用同的作用同C7.5、马氏体转变的热力学、马氏体转变的热力学四四.影响影响MS点的因素点的因素 2、奥氏体化条件、奥氏体化条件加热

40、温度和保温时间的影响是两方面的加热温度和保温时间的影响是两方面的 提高奥氏体化加热温度和保温时间，奥氏体晶粒长大，缺提高奥氏体化加热温度和保温时间，奥氏体晶粒长大，缺陷减少及奥氏体均匀化。马氏体形成的阻力减小，陷减少及奥氏体均匀化。马氏体形成的阻力减小，Ms升高。升高。提高奥氏体化加热温度和保温时间，有利于碳和合金元素溶提高奥氏体化加热温度和保温时间，有利于碳和合金元素溶入奥氏体中。入奥氏体中。Ms下降。下降。 若排除化学成分的影响，提高奥氏体化加热温度和保温时若排除化学成分的影响，提高奥氏体化加热温度和保温时间，使间，使MS升高。升高。7.5、马氏体转变的热力学、马氏体转变的热力学四四.影响

41、影响MS点的因素点的因素 3、形变与应力、形变与应力 单向拉（压）应力，使单向拉（压）应力，使Ms ， 三向压应力，使三向压应力，使Ms ； 4、存在先马氏体转变、存在先马氏体转变 如果如果M转变前，发生转变前，发生P转变，转变， Ms 发生发生B转变，转变， Ms 7.6、马氏体转变的动力学、马氏体转变的动力学一一.马氏体转变的形核马氏体转变的形核 1、缺陷形核说、缺陷形核说 结构不均匀区结构不均匀区 较高自由能区较高自由能区 2、自促发形核说、自促发形核说 先生成的先生成的M使周围使周围A产生协作变形而产生位错，促成产生协作变形而产生位错，促成 马氏体核胚。马氏体核胚。7.6、马氏体转变的

42、动力学、马氏体转变的动力学二二.马氏体转变动力学类型马氏体转变动力学类型 1、变温（降温）转变、变温（降温）转变 特点：特点：变温形成变温形成 瞬间形核（无孕育期）瞬间形核（无孕育期） 高速长大（长到极限尺寸）高速长大（长到极限尺寸） 转变速度只取决于形核率，与长大速度无关，即转变速度只取决于形核率，与长大速度无关，即M转转变量是转变温度的函数，与该温度下的停留时间无关。变量是转变温度的函数，与该温度下的停留时间无关。非热学性转变非热学性转变7.6、马氏体转变的动力学、马氏体转变的动力学二二.马氏体转变动力学类型马氏体转变动力学类型 2、等温转变、等温转变 特点：特点： M核可等温形成，核可等

43、温形成， 核的形成有孕育期，核的形成有孕育期， 形核率随过冷度形核率随过冷度 ，先，先 后后 。 与珠光体转变相似，区别在于与珠光体转变相似，区别在于M在每一温度下转变均在每一温度下转变均不能进行到底。不能进行到底。 原因：当原因：当M转变造成体系转变造成体系G0，转变停止。，转变停止。热学性转变热学性转变7.6、马氏体转变的动力学、马氏体转变的动力学二二.马氏体转变动力学类型马氏体转变动力学类型 3、爆发式转变、爆发式转变 特点：特点： 自促发形核，爆发式长大自促发形核，爆发式长大 由于一片由于一片M的形成，在其尖端处的应力促使了另一片的形成，在其尖端处的应力促使了另一片M按别的有利取向形成

44、，即按别的有利取向形成，即“自促发自促发”形核，以致呈现连形核，以致呈现连锁反应式形核。锁反应式形核。上述三种转变的差别是上述三种转变的差别是 形核方式及形核率不同。形核方式及形核率不同。相同点相同点长大速度都极快长大速度都极快关于关于M转变，有些已比较清楚：转变，有些已比较清楚：驱动力为自由能差；无扩散，转变前后成分基本不变；驱动力为自由能差；无扩散，转变前后成分基本不变；均匀切变，有浮凸效应均匀切变，有浮凸效应有些问题尚不清楚：有些问题尚不清楚：M核如何形成？形核后如何长大？核如何形成？形核后如何长大？一个完善的一个完善的M形核与长大理论要能很好的阐明以下问题：形核与长大理论要能很好的阐明

45、以下问题：为什么有时核必须降温形成，有时又可等温形成？为什么有时核必须降温形成，有时又可等温形成？为什么很低的温度下能以为什么很低的温度下能以105cm/s高速长大？高速长大？为什么为什么M内存在不同亚结构？内存在不同亚结构？为什么一个为什么一个M核长大到一定尺寸就不再长大？核长大到一定尺寸就不再长大？至今，还没有一个完整的理论可以全面的解释这些问题至今，还没有一个完整的理论可以全面的解释这些问题7.7、 奥氏体的稳定化奥氏体的稳定化 奥氏体内部结构在外界因素作用下发生某种变化，使奥氏体内部结构在外界因素作用下发生某种变化，使AM的转变呈迟滞现象称奥氏体稳定化现象的转变呈迟滞现象称奥氏体稳定化

46、现象。 （1）奥氏体的热稳定化）奥氏体的热稳定化 在等温停留在等温停留TA - TS时间，引起转变滞后时间，引起转变滞后度度 马氏体转变量减少马氏体转变量减少。 未经稳定化处理未经稳定化处理TR MS TAMS马氏体转变量马氏体转变量/%温度温度/100M1M2热稳定化后热稳定化后说明：说明：等温等温T ，A稳定化愈好；稳定化愈好； 但但T高于某一定值后，随等温高于某一定值后，随等温T ，A稳定化下降，出现稳定化下降，出现反稳定化反稳定化。在一定等温在一定等温T下，下，停留停留t ，A稳定化愈好。稳定化愈好。C ，A稳定化程度稳定化程度 。（2 2）奥氏体的机械稳定化）奥氏体的机械稳定化 在在

47、M Md d点以上温度对奥氏体进行塑性变形，其变形量超点以上温度对奥氏体进行塑性变形，其变形量超过一定值后使随后马氏体转变困难，使过一定值后使随后马氏体转变困难，使M MS S点降低。点降低。 说明：说明： 在在M Md d点以下温度对点以下温度对A A进行塑性变形，进行塑性变形， 将发生形变诱发将发生形变诱发M M转变。转变。 在在M Md d点以上，点以上， 对对A A小量塑性变形将促进随后冷却时的小量塑性变形将促进随后冷却时的M M转变；转变； 对对A A大量塑性变形将抑制随后冷却时的大量塑性变形将抑制随后冷却时的M M转变，转变， 使奥氏体稳定化。使奥氏体稳定化。（3 3）奥氏体稳定化

48、在生产中的应用）奥氏体稳定化在生产中的应用原则：控制残余原则：控制残余A A的数量和稳定性，以达到减少变形，的数量和稳定性，以达到减少变形， 稳定尺寸，改善强韧性等目的。稳定尺寸，改善强韧性等目的。 保留残余保留残余A A量，减少工件淬火变形量，减少工件淬火变形 减少减少A AR R量，提高零件硬度和耐磨性量，提高零件硬度和耐磨性 A AR R量稳定化，提高零件尺寸稳定性量稳定化，提高零件尺寸稳定性低碳钢，采用强烈淬火，获得低碳钢，采用强烈淬火，获得 板条板条M，强韧性好。，强韧性好。中碳钢，高温加热淬火，可减少片状中碳钢，高温加热淬火，可减少片状M，提高钢的韧性。，提高钢的韧性。高碳钢，低温

49、短时加热淬火，保留较多碳化物，降低高碳钢，低温短时加热淬火，保留较多碳化物，降低A含碳量。含碳量。 获得隐针获得隐针M。M转变应用举例转变应用举例7.8、热弹性马氏体与形状记忆效应、热弹性马氏体与形状记忆效应 1. 热弹性马氏体热弹性马氏体 正常马氏体正常马氏体 热弹性马氏体：热弹性马氏体： 某些非铁合金进行某些非铁合金进行M转变时，可始终保持界面共格。转变时，可始终保持界面共格。 M随随T 而长大、随而长大、随T 而缩小，而缩小， 即即温度温度的升降可引起的升降可引起M的消长。的消长。 热弹性马氏体的必要条件：热弹性马氏体的必要条件： 马氏体与母相界面必须维持共格关系；马氏体与母相界面必须维

50、持共格关系； 母相应具有有序点阵结构，保持母相与母相应具有有序点阵结构，保持母相与M之间的可逆性。之间的可逆性。伪弹性马氏体：伪弹性马氏体： 由由应力升降应力升降引起引起M的长大和缩小。的长大和缩小。卸载后弹性恢复卸载后弹性恢复弹性变形弹性变形M宏观变形恢复宏观变形恢复应变应变/%应力应力/Mpa AgCd合金的应力合金的应力应变图应变图宏观变形宏观变形 逆转变逆转变 M某些合金在马氏体状态下进行塑性变形后，再加热到某些合金在马氏体状态下进行塑性变形后，再加热到Af 温度以上，会自动恢复到母相原来的形状。温度以上，会自动恢复到母相原来的形状。再次冷却到再次冷却到Mf 温度以下，它又自动恢复到原

51、来塑性变温度以下，它又自动恢复到原来塑性变形后马氏体形状。形后马氏体形状。为单程记忆效应；为单程记忆效应；兼有、兼有、 为双程记忆效应。为双程记忆效应。马氏体状态马氏体状态塑性变形塑性变形加热到加热到Af以上以上冷却到冷却到Mf以下以下单程记忆效应单程记忆效应双程记忆效应双程记忆效应2. 形状记忆效应形状记忆效应7.8、热弹性马氏体与形状记忆效应、热弹性马氏体与形状记忆效应2. 形状记忆效应形状记忆效应形状记忆合金形成条件：形状记忆合金形成条件：必须有热弹性马氏体转变；必须有热弹性马氏体转变；母相具有有序结构；母相具有有序结构；亚结构是孪晶或层错。亚结构是孪晶或层错。形状记忆合金应用：形状记忆

52、合金应用：q自动组装结构件自动组装结构件q紧固件紧固件q智能材料智能材料q热能热能机械能转换装置机械能转换装置q热敏器件热敏器件医疗器件医疗器件马氏体的类型及其特征对比马氏体的类型及其特征对比C%C%，MsMs，条状，条状片状，位错片状，位错孪晶孪晶 特征特征条状马氏体条状马氏体片状马氏体片状马氏体惯习面惯习面（111111）（225225）（259259）位向关系位向关系K KS S关系关系K KS S关系关系西山关系西山关系形成温度形成温度MsMs高高Ms200Ms200100100Ms100Ms100C%C%0.30.30.30.31 1时为混合型时为混合型1 11.41.41.41.42 2组织组织形态形态条宽为条宽为0.10.