CH6.1 概述、钢中马氏体晶体结构PPT(10级)

1、1,2020/6/22,第六章 马氏体相变与 钢在冷却过程中的低温转变,2,2020/6/22,本章内容提要 1.马氏体的定义、马氏体转变的含义 2.马氏体(M)相变的主要特征 3.马氏体的晶体结构 4.马氏体的组织形态 5.马氏体转变的热力学 6.马氏体转变动力学 7.马氏体转变机制 8.马氏体的性能 9.马氏体转变的应用,3,2020/6/22,基本要求： 1. 马氏体的定义、马氏体转变的含义、 2. 马氏体(M)相变的五个主要特征的内容 3. 马氏体的晶体结构的类型、正方度 4. 马氏体的两种基本形态是板条马氏体和片状马氏体；影响马氏体形态及其内部亚结构的因素 5. 马氏体转变的热力学条

2、件、驱动力、T0、MS的物理意义、Ms点很低的原因、马氏体的形成条件、影响钢的MS点因素 6. 马氏体转变动力学主要有四种方式，各种方式的特征。 7. 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) 8. 马氏体的性能：力学性能的显著特点、马氏体高硬度(高强度)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纹 9. 奥氏体稳定化：热稳定化和机械稳定化 10. 马氏体转变的应用(本部分作一般了解),4,2020/6/22,概 述,“水与火合为淬”(史记. 天官记)(公元前91年) “巧冶铸干将之朴(窄长有短把的刀)，清水淬其锋”（汉书. 王褒传） 搜神记干将、莫

3、邪(吴国一对铁匠夫妇),也是古代锋利的宝剑的代称。,太平御览蒲元传载三国时蜀人蒲元对他的“神刀”淬火用水的选择。“刀成，自言汉水钝弱，不任淬用。蜀江爽烈，乃命人于成都取之。” 北齐书列传(第四十一)，载东魏、北齐间(534577)的綦母怀文在“宿铁刀”淬火时“浴以五牲之溺，淬以五牲之脂”。可见当时已采用含盐的水和油作为具有不同冷却速度的液冷介质。 明代宋应星的天工开物中对制蹉的记载：“以已健划成纵斜文理，划时斜向入，则方成焰。划后烧红，退微冷，入水健。”其中“退微冷”，就是预冷淬火工艺。 当相同成分的钢以很快的速度冷却(比如在水中冷却)到室温或更低温度时(称这种冷却为淬火)。淬火获得马氏体是使

4、钢强韧化的先决条件。,干将 莫邪,5,2020/6/22,1.马氏体转变的含义(链接) 指钢从奥氏体状态快速冷却(即淬火)而发生的无扩散型相变，转变产物为马氏体。 是替换原子经无扩散位移(均匀和不均匀形变)、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、形核长大型的相变。,6.1 钢中马氏体的晶体结构,6.1.1 马氏体相变和马氏体的定义,6,2020/6/22,马氏体定义的历史,7,2020/6/22,2.马氏体的定义： 马氏体是碳溶于-Fe中的过饱和间隙式固溶体； 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，

5、统称为马氏体。 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马氏体。,8,2020/6/22,6.1.2 钢中马氏体的晶体结构,1. 马氏体的点阵常数的变化 马氏体具有正方点阵结构，记为M或。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-Fe，此时碳原子仍停留在六个铁原子所组成的八面体中心。碳原子位于面心或棱边中心，即扁八面体的中心，碳原子溶入后，会使短轴(c轴)伸长，长轴(a轴)缩短，晶体结构为体心正方。其轴比c/a不再等于1，称为马氏体的正方度 。,9,2020/6/22,马氏体的晶胞模型,(a)

6、碳原子在马氏体的晶胞中可能存在的位置 (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 (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,10,2020/6/22,2. 马氏体的正方度与碳含量的关系 马氏体正方度与含碳量呈直线关系，含碳量愈高，正方度愈大，即：c/a = 10.046wc,碳含量对c，a的影响 c=0+ a=0+ c/a =1+ 式中：00.2861nm (-Fe点阵参数)； =0.1160.002； =0.0460.001； =0.0130.002； 马氏体碳含量(重量%)。,11,2020/6/22,3. 马氏体的异常正方度 有些钢的马氏体的正方度

7、远偏离式(6-3)的数值，称为异常正方度。 在高碳铝钢（1.5%C，7%Al）和高镍钢（1.0%C，19%Ni）中新淬火马氏体，测试其正方度要高于式(6-3)给出的数值，称为异常高正方度；当温度回升到室温时，正方度下降。Ms点低于0的锰钢（0.6%-0.8%C,6%-7%Mn）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(6-3)给出的数值，称为异常低正方度。 当碳含量小于0.2%时，碳原子偏聚于马氏体的位错线或是均匀地分布在X、Y和Z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。 合金元素对马氏体的正方度影响不大。,12,2020/6/

8、22,4.马氏体的晶体结构类型 马氏体的晶体结构类型有两种： 体心立方结构(WC0.2%) （a=bc） 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。,13,2020/6/22,6.1.3 马氏体转变具有一定的位向关系和惯习面,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 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，因此奥氏体与马氏体保持一定的严格的晶体学位向关系。 位向关系有：(1) K-S关系 (2) 西山(N)关系 (3) G-T关系 (4) K-V-N关系,14,2020/6/22,(1) K-S关

9、系 1930年，库尔鸠莫夫与Sachs在1.4%碳的碳钢中发现，马氏体与奥氏体有下述关系： 110M /111， M / 右图为钢中马氏体在不同的(111)晶面上形成时可能有六种不同K-S关系。,15,2020/6/22,(2) 西山关系 1934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存在K-S关系，而在-70以下形成的马氏体与奥氏体呈下列关系： 110M /111 M / 西山关系与K-S关系相比，晶面关系相同，晶向关系相差516。,16,2020/6/22,(3) G-T关系 1994年，Grenigen与Troiano 在Fe-Ni-C合金中发现，马氏体与奥氏体的位向接近K-S关系，但略有偏差，其中晶面差1度，晶向差2，称为G-T关系。 110M /111差1， M /差2,17,2020/6/22,6.1.4 惯习面 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，并随奥氏体中含碳量及马氏体形成温度而变化。 当WC 0.6%时，惯习面为111； 当WC=0.6%1.4%时，惯习面为225； 当WC=1.4%2.0%时，惯习面为259。