第四章馬氏體相變n

1、1 馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)1馬氏體相變的主要特征馬氏體相變的主要特征2馬氏體的形態(tài)及其亞結(jié)構(gòu)馬氏體的形態(tài)及其亞結(jié)構(gòu)3馬氏體相變熱力學(xué)馬氏體相變熱力學(xué)4第四章第四章 馬氏體相變馬氏體相變馬氏體相變動(dòng)力學(xué)馬氏體相變動(dòng)力學(xué)5馬氏體相變晶體學(xué)模型馬氏體相變晶體學(xué)模型6 馬氏體的性能特點(diǎn)馬氏體的性能特點(diǎn)72n 馬氏體馬氏體-碳在碳在-Fe 中的過(guò)飽和固溶體。中的過(guò)飽和固溶體。n 成分與母相奧氏體相同，為一種亞穩(wěn)相。成分與母相奧氏體相同，為一種亞穩(wěn)相。n 碳原子位于碳原子位于-Fe的的bcc扁八面體間隙中心，扁八面體間隙中心，即點(diǎn)陣各棱邊中央和面心位置。即點(diǎn)陣各棱邊中央和面心位置。n 體心正方點(diǎn)

2、陣體心正方點(diǎn)陣 bct - 馬氏體。馬氏體。1. 馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)3圖圖4-1 4-1 奧氏體的正八面體間隙奧氏體的正八面體間隙 a) a) 馬氏體的扁八面體間隙馬氏體的扁八面體間隙 b)b) 4n 馬氏體點(diǎn)陣常數(shù)和碳含量的關(guān)系c、a、及、及 正方度正方度 c/a 與鋼中碳含量成線性關(guān)系：與鋼中碳含量成線性關(guān)系： c = a0 + P a = a0 - P （4-1） c/a = 1 + P 其中：其中： a0 = 2.861 （-Fe點(diǎn)陣常數(shù)）點(diǎn)陣常數(shù)） 、 為常數(shù)為常數(shù) P - 馬氏體的含碳量（馬氏體的含碳量（wt%）5圖圖4-2 4-2 點(diǎn)陣常數(shù)與碳含量的關(guān)系點(diǎn)陣常數(shù)與碳

3、含量的關(guān)系6 c/a = 1.005 + 0.045 P （4-2）n 碳原子在馬氏體點(diǎn)陣中的分布：碳原子在馬氏體點(diǎn)陣中的分布：碳原子發(fā)生有序分布，碳原子發(fā)生有序分布，80%優(yōu)先占據(jù)優(yōu)先占據(jù)c軸方向軸方向的八面體間隙位置，的八面體間隙位置，20%占據(jù)其它兩個(gè)方向占據(jù)其它兩個(gè)方向的八面體間隙位置，此時(shí)出現(xiàn)（的八面體間隙位置，此時(shí)出現(xiàn)（4-2）式的正）式的正方度。方度。n 馬氏體的正方度7n 定義：定義：c/a 值低于或高于（值低于或高于（4-2）式的正方度。）式的正方度。n 原因：原因：主要由于碳原子在主要由于碳原子在 x，y，z 三個(gè)方向三個(gè)方向的分布發(fā)生了改變。的分布發(fā)生了改變。n 新生馬氏

4、體的異常正方度8（1 1）馬氏體相變的無(wú)擴(kuò)散性）馬氏體相變的無(wú)擴(kuò)散性n 鋼中馬氏體相變時(shí)無(wú)成分變化，僅發(fā)生點(diǎn)鋼中馬氏體相變時(shí)無(wú)成分變化，僅發(fā)生點(diǎn)陣改組。陣改組。n 可以在很低的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，并且相變可以在很低的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，并且相變速度極快。速度極快。n 原子以切變方式移動(dòng)，相鄰原子的相對(duì)位原子以切變方式移動(dòng)，相鄰原子的相對(duì)位移不超過(guò)原子間距，近鄰關(guān)系不變。移不超過(guò)原子間距，近鄰關(guān)系不變。2. 馬氏體相變的主要特征馬氏體相變的主要特征9圖圖4-3 馬氏體形成時(shí)引起的表面傾動(dòng)馬氏體形成時(shí)引起的表面傾動(dòng) 表面浮凸現(xiàn)象表面浮凸現(xiàn)象傾動(dòng)面傾動(dòng)面（2 2）表面浮凸現(xiàn)象和不變平面應(yīng)變）表面浮凸現(xiàn)象和不

5、變平面應(yīng)變10圖圖4-4 4-4 直線劃痕的變形情況直線劃痕的變形情況 （a a）實(shí)驗(yàn)結(jié)果）實(shí)驗(yàn)結(jié)果 （b b）在界面處失去共格）在界面處失去共格 （c c）劃痕扭曲）劃痕扭曲11n 馬氏體往往在母相的一定晶面上開(kāi)始形成，這馬氏體往往在母相的一定晶面上開(kāi)始形成，這一定的晶面即稱為一定的晶面即稱為慣習(xí)面慣習(xí)面。馬氏體和母相的相界。馬氏體和母相的相界面，中脊面都可能成為慣習(xí)面。面，中脊面都可能成為慣習(xí)面。n 鋼中：鋼中：0.5%C，慣習(xí)面為，慣習(xí)面為111，0.51.4%C，為，為225，1.51.8%C，為，為259。n 直線劃痕在傾動(dòng)面處改變方向，但仍保持連續(xù)，直線劃痕在傾動(dòng)面處改變方向，但仍

6、保持連續(xù)，且不發(fā)生扭曲。說(shuō)明馬氏體與母相保持且不發(fā)生扭曲。說(shuō)明馬氏體與母相保持切變共格切變共格，慣習(xí)面未經(jīng)宏觀可測(cè)的應(yīng)變和轉(zhuǎn)動(dòng)，即慣習(xí)面未經(jīng)宏觀可測(cè)的應(yīng)變和轉(zhuǎn)動(dòng)，即慣習(xí)面為慣習(xí)面為不變平面。不變平面。 慣習(xí)面和不變平面慣習(xí)面和不變平面12n 傾動(dòng)面一直保持為平面。傾動(dòng)面一直保持為平面。n 發(fā)生馬氏體相變時(shí)，雖發(fā)生了變形，但原發(fā)生馬氏體相變時(shí)，雖發(fā)生了變形，但原來(lái)母相中的任一直線仍為直線，任一平面仍來(lái)母相中的任一直線仍為直線，任一平面仍為平面，這種變形即為為平面，這種變形即為均勻切變均勻切變。n 造成均勻切變且慣習(xí)面為不變平面的應(yīng)變?cè)斐删鶆蚯凶兦覒T習(xí)面為不變平面的應(yīng)變即為即為不變平面應(yīng)變不變平面

7、應(yīng)變。 不變平面應(yīng)變不變平面應(yīng)變 13不變平面不變平面圖圖4-5 4-5 三種不變平面應(yīng)變?nèi)N不變平面應(yīng)變 a a）膨脹）膨脹 b b）孿生時(shí)的切變）孿生時(shí)的切變 c c）馬氏體相變時(shí)）馬氏體相變時(shí)-切變切變 + + 膨脹膨脹14n 相變以共格切變方式進(jìn)行所至。相變以共格切變方式進(jìn)行所至。 K-S 關(guān)系：關(guān)系： 111110M ; M n 由于由于3個(gè)奧氏體個(gè)奧氏體方向上方向上(每個(gè)方向上有每個(gè)方向上有2種種馬氏體取向馬氏體取向)可能有可能有6種種不同的馬氏體取向不同的馬氏體取向,而奧氏體的而奧氏體的 111 晶面族晶面族中又有中又有4種晶面，種晶面，從而馬氏體共有從而馬氏體共有24種取向種取

8、向（變體）。（變體）。（3 3）馬氏體和奧氏體具有一定的位向關(guān)系）馬氏體和奧氏體具有一定的位向關(guān)系15圖圖4-6 4-6 奧氏體奧氏體 (111)(111)面上馬氏體的六種不同面上馬氏體的六種不同K-SK-S取向取向501616 111110M ; M n 按西山關(guān)系，在每個(gè)按西山關(guān)系，在每個(gè)111面上，馬氏面上，馬氏體可能有體可能有3種取向，故馬氏體共有種取向，故馬氏體共有12種種取取 向向（變體）。（變體）。 西山關(guān)系：西山關(guān)系：17圖圖4-7 4-7 奧氏體奧氏體 (111)(111)面上馬氏體的三種不同西山取向面上馬氏體的三種不同西山取向18 G-T關(guān)系關(guān)系： 和和 K-S關(guān)系略有偏差

9、關(guān)系略有偏差 111110M 差差10 M 差差20 K-S關(guān)系和西山關(guān)系的比較：關(guān)系和西山關(guān)系的比較： 晶面關(guān)系相同，只是晶面內(nèi)的方向相差晶面關(guān)系相同，只是晶面內(nèi)的方向相差 5016。19圖圖4-8-1 K-S4-8-1 K-S關(guān)系和西山關(guān)系的比較關(guān)系和西山關(guān)系的比較20圖圖4-8-2 K-S4-8-2 K-S關(guān)系和西山關(guān)系的比較關(guān)系和西山關(guān)系的比較501621圖圖4-9 K-S4-9 K-S關(guān)系和西山關(guān)系的比較關(guān)系和西山關(guān)系的比較22圖圖4-10 4-10 轉(zhuǎn)變量轉(zhuǎn)變量- -時(shí)間關(guān)系時(shí)間關(guān)系 （4 4）馬氏體相變的變溫性）馬氏體相變的變溫性MS-馬氏體相變開(kāi)始點(diǎn)。馬氏體相變開(kāi)始點(diǎn)。Mf -

10、馬氏體相變終了點(diǎn)。馬氏體相變終了點(diǎn)。n MS 點(diǎn)以下，無(wú)需孕育，點(diǎn)以下，無(wú)需孕育，轉(zhuǎn)變立即開(kāi)始，且以極大轉(zhuǎn)變立即開(kāi)始，且以極大速度進(jìn)行，但很快停止，速度進(jìn)行，但很快停止，不能進(jìn)行到終了，需進(jìn)一不能進(jìn)行到終了，需進(jìn)一步降溫。步降溫。23圖圖4-11 4-11 轉(zhuǎn)變量轉(zhuǎn)變量- -溫度關(guān)系溫度關(guān)系n 在在Mf點(diǎn)以下，雖點(diǎn)以下，雖然 轉(zhuǎn) 變 量 未 達(dá) 到然 轉(zhuǎn) 變 量 未 達(dá) 到100%，但轉(zhuǎn)變已不，但轉(zhuǎn)變已不能進(jìn)行。能進(jìn)行。n 如如Mf點(diǎn)低于室溫，點(diǎn)低于室溫，則淬火到室溫將保則淬火到室溫將保留相當(dāng)數(shù)量的未轉(zhuǎn)留相當(dāng)數(shù)量的未轉(zhuǎn)變奧氏體，稱為變奧氏體，稱為殘殘余奧氏體。余奧氏體。24n A M Ms ,

11、 Mf ; As , Af ; As Ms n 鋼中馬氏體加熱時(shí)，容易發(fā)生回火分解，鋼中馬氏體加熱時(shí)，容易發(fā)生回火分解， 從馬氏體中析出碳化物。從馬氏體中析出碳化物。n Fe-0.8%C鋼以鋼以5000/S快速加熱，抑制回快速加熱，抑制回火轉(zhuǎn)變，則在火轉(zhuǎn)變，則在590600發(fā)生逆轉(zhuǎn)變。發(fā)生逆轉(zhuǎn)變。（5 5）馬氏體相變的可逆性）馬氏體相變的可逆性253.1 3.1 板條馬氏體板條馬氏體n 在低、中碳鋼，在低、中碳鋼，馬馬氏體時(shí)效鋼中出現(xiàn)，氏體時(shí)效鋼中出現(xiàn)，形成溫度較高。形成溫度較高。n 基本單元基本單元板條板條為一為一個(gè)個(gè)單晶體。個(gè)個(gè)單晶體。圖圖4-12 4-12 板條馬氏體示意圖板條馬氏體示意

12、圖3. 馬氏體的形態(tài)及其亞結(jié)構(gòu)馬氏體的形態(tài)及其亞結(jié)構(gòu)26n 許多相互平行的板條組成一個(gè)許多相互平行的板條組成一個(gè)板條束板條束，它們具，它們具有相同的慣習(xí)面。有相同的慣習(xí)面。n 板條馬氏體的慣習(xí)面為板條馬氏體的慣習(xí)面為111，位向關(guān)系為，位向關(guān)系為K-S關(guān)系。由于有四個(gè)不同的關(guān)系。由于有四個(gè)不同的111面，所以一個(gè)奧面，所以一個(gè)奧氏體晶粒內(nèi)可能形成四種氏體晶粒內(nèi)可能形成四種馬氏體板條束。馬氏體板條束。n 每個(gè)慣習(xí)面上可能有六種不同的取向，每個(gè)慣習(xí)面上可能有六種不同的取向，板條束板條束內(nèi)具有相同取向的小塊稱為內(nèi)具有相同取向的小塊稱為板條塊板條塊，常常呈現(xiàn)為，常常呈現(xiàn)為黑白相間的塊。黑白相間的塊。2

13、7n 板條馬氏體的亞結(jié)構(gòu)為高密度位錯(cuò)，所以板條馬氏體的亞結(jié)構(gòu)為高密度位錯(cuò)，所以板條馬氏體也稱為板條馬氏體也稱為位錯(cuò)馬氏體位錯(cuò)馬氏體 。 n 不呈孿晶關(guān)系的板條間存在一層不呈孿晶關(guān)系的板條間存在一層殘余奧氏殘余奧氏體體簿膜，這種微量的殘余奧氏體對(duì)板條馬氏體簿膜，這種微量的殘余奧氏體對(duì)板條馬氏體的韌性貢獻(xiàn)很大。的韌性貢獻(xiàn)很大。 n 呈孿晶關(guān)系的板條間就不存在這種殘余奧呈孿晶關(guān)系的板條間就不存在這種殘余奧氏體薄膜。氏體薄膜。28圖圖4-13 4-13 （a a）板條馬氏體）板條馬氏體 （b b）片狀馬氏體）片狀馬氏體29圖圖4-14 4-14 片狀馬氏體示意圖片狀馬氏體示意圖225或或 259n 在

14、中、高碳鋼，在中、高碳鋼，高鎳的高鎳的Fe-Ni合金合金中出現(xiàn)，形成溫中出現(xiàn)，形成溫度較低。度較低。3.2 3.2 片狀馬氏體片狀馬氏體30n 先形成的第一片馬氏體橫貫整個(gè)奧氏體晶先形成的第一片馬氏體橫貫整個(gè)奧氏體晶粒，使后形成的馬氏體片的大小受到限制。粒，使后形成的馬氏體片的大小受到限制。后形成的馬氏體片，則在奧氏體晶粒內(nèi)進(jìn)一后形成的馬氏體片，則在奧氏體晶粒內(nèi)進(jìn)一步分割?yuàn)W氏體晶粒，所以后形成的馬氏體片步分割?yuàn)W氏體晶粒，所以后形成的馬氏體片越來(lái)越短小。越來(lái)越短小。n 片狀馬氏體的立體外形呈片狀馬氏體的立體外形呈雙凸透鏡狀雙凸透鏡狀，多，多數(shù)馬氏體片的中間有一條數(shù)馬氏體片的中間有一條中脊面中脊面

15、，相鄰馬氏，相鄰馬氏體片互不平行，大小不一，片的周圍有一定體片互不平行，大小不一，片的周圍有一定量的殘余奧氏體。量的殘余奧氏體。31n 慣習(xí)面：隨形成溫度的下降，由慣習(xí)面：隨形成溫度的下降，由225變?yōu)樽優(yōu)?59，位向關(guān)系由，位向關(guān)系由K-S關(guān)系變?yōu)槲魃疥P(guān)系。關(guān)系變?yōu)槲魃疥P(guān)系。n 亞結(jié)構(gòu)為亞結(jié)構(gòu)為細(xì)小孿晶細(xì)小孿晶，一般集中在中脊面附，一般集中在中脊面附近，片的邊緣為位錯(cuò)。隨形成溫度下降，孿近，片的邊緣為位錯(cuò)。隨形成溫度下降，孿晶區(qū)擴(kuò)大。晶區(qū)擴(kuò)大。n 馬氏體片互成交角，后形成的馬氏體片對(duì)馬氏體片互成交角，后形成的馬氏體片對(duì)先形成的馬氏體片有撞擊作用，接觸處產(chǎn)生先形成的馬氏體片有撞擊作用，接觸處產(chǎn)

16、生顯微裂紋顯微裂紋。32（1）Ms點(diǎn)點(diǎn)n Ms點(diǎn)高點(diǎn)高 - 形成板條馬氏體。形成板條馬氏體。 Ms點(diǎn)低點(diǎn)低 - 形成片狀馬氏體。形成片狀馬氏體。n C% Ms 板條板條M 板條板條M+片狀片狀M 片狀片狀M 位錯(cuò)位錯(cuò)M 孿晶孿晶M3.3 3.3 影響馬氏體形態(tài)及其亞結(jié)構(gòu)的因素影響馬氏體形態(tài)及其亞結(jié)構(gòu)的因素33圖圖4-15 4-15 滑移和孿生的臨界分切應(yīng)力與溫度的關(guān)系滑移和孿生的臨界分切應(yīng)力與溫度的關(guān)系 （2）奧氏體與馬氏體的強(qiáng)度）奧氏體與馬氏體的強(qiáng)度34n 當(dāng)馬氏體在較高溫度形成時(shí)，滑移的臨當(dāng)馬氏體在較高溫度形成時(shí)，滑移的臨界分切應(yīng)力較低，滑移比孿生更易于發(fā)生，界分切應(yīng)力較低，滑移比孿生更易

17、于發(fā)生，從而在亞結(jié)構(gòu)中留下大量位錯(cuò)，形成從而在亞結(jié)構(gòu)中留下大量位錯(cuò)，形成亞結(jié)構(gòu)亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)的板條馬氏體為位錯(cuò)的板條馬氏體。n 由于溫度較高，奧氏體和馬氏體的強(qiáng)度由于溫度較高，奧氏體和馬氏體的強(qiáng)度均較低。相變時(shí)，均較低。相變時(shí)，相變應(yīng)力的松馳相變應(yīng)力的松馳可以同時(shí)可以同時(shí)在奧氏體和馬氏體中在奧氏體和馬氏體中以滑移方式以滑移方式進(jìn)行，故進(jìn)行，故慣慣習(xí)面為習(xí)面為 (111) 。 35n 隨著形成溫度的下降，孿生的臨界分切應(yīng)力隨著形成溫度的下降，孿生的臨界分切應(yīng)力較低，變形方式逐漸過(guò)渡為以孿生進(jìn)行，形成較低，變形方式逐漸過(guò)渡為以孿生進(jìn)行，形成亞結(jié)構(gòu)為孿晶的片狀馬氏體亞結(jié)構(gòu)為孿晶的片狀馬氏體。n 若奧氏

18、體的若奧氏體的S低于低于206MPa，應(yīng)力在奧氏體，應(yīng)力在奧氏體中以滑移方式松弛。由于形成的馬氏體強(qiáng)度較中以滑移方式松弛。由于形成的馬氏體強(qiáng)度較高，應(yīng)力在馬氏體中只能以孿生方式松弛，則高，應(yīng)力在馬氏體中只能以孿生方式松弛，則形成形成慣習(xí)面為慣習(xí)面為 (225)的片狀馬氏體的片狀馬氏體。n 若奧氏體的若奧氏體的S超過(guò)超過(guò)206MPa，相變應(yīng)力在兩，相變應(yīng)力在兩相中均以孿生方式松弛，則形成相中均以孿生方式松弛，則形成慣習(xí)面為慣習(xí)面為 (259)的片狀馬氏體。的片狀馬氏體。 36n C%0.2%的低碳鋼、低碳低合金的低碳鋼、低碳低合金 鋼，如鋼，如20#、15MnVB鋼等，組織為鋼等，組織為板條馬氏

19、體板條馬氏體，具有高強(qiáng)度、高韌性、，具有高強(qiáng)度、高韌性、低的冷脆轉(zhuǎn)化溫度。低的冷脆轉(zhuǎn)化溫度。3.4 3.4 工業(yè)用鋼淬火馬氏體的金相形態(tài)工業(yè)用鋼淬火馬氏體的金相形態(tài)（1）低碳鋼中的馬氏體）低碳鋼中的馬氏體37n 如如45#、40Cr 鋼等，淬火后為鋼等，淬火后為板板條馬氏體條馬氏體+片狀馬氏體片狀馬氏體的混合組織。的混合組織。n 由于通常選用較低的奧氏體化溫由于通常選用較低的奧氏體化溫度，淬火后獲得的組織極細(xì)，光學(xué)度，淬火后獲得的組織極細(xì)，光學(xué)顯微鏡較難分辨。顯微鏡較難分辨。（2）中碳結(jié)構(gòu)鋼中的馬氏體）中碳結(jié)構(gòu)鋼中的馬氏體38n 如如 T8、T12鋼，為鋼，為片狀馬氏體片狀馬氏體。n 通常采用

20、不完全加熱淬火（在通常采用不完全加熱淬火（在Ac1稍稍上加熱，保留一定量未溶滲碳體顆上加熱，保留一定量未溶滲碳體顆粒），獲得粒），獲得隱晶馬氏體隱晶馬氏體+滲碳體顆粒滲碳體顆粒的的混合組織?；旌辖M織。n 隱晶馬氏體極細(xì)，光學(xué)顯微鏡較難隱晶馬氏體極細(xì)，光學(xué)顯微鏡較難分辨。分辨。（3）高碳工具鋼中的馬氏體）高碳工具鋼中的馬氏體39n T0為為相同成分相同成分的馬的馬氏體和奧氏體兩相熱氏體和奧氏體兩相熱力學(xué)平衡溫度，此時(shí)力學(xué)平衡溫度，此時(shí) G = 0G 稱為馬氏體相稱為馬氏體相變驅(qū)動(dòng)力。變驅(qū)動(dòng)力。圖圖4-16 4-16 自由能自由能- -溫度關(guān)系溫度關(guān)系4. 馬氏體相變熱力學(xué)馬氏體相變熱力學(xué)4.1

21、4.1 相變驅(qū)動(dòng)力相變驅(qū)動(dòng)力40圖圖4-17 4-17 無(wú)擴(kuò)散相變無(wú)擴(kuò)散相變 的的T T0 0溫溫度度n 相變化學(xué)驅(qū)動(dòng)力用相變化學(xué)驅(qū)動(dòng)力用來(lái)提供切變能量、亞來(lái)提供切變能量、亞結(jié)構(gòu)儲(chǔ)存能、膨脹應(yīng)結(jié)構(gòu)儲(chǔ)存能、膨脹應(yīng)變能、共格應(yīng)變能、變能、共格應(yīng)變能、界面能等，所以要有界面能等，所以要有足夠大的相變驅(qū)動(dòng)力。足夠大的相變驅(qū)動(dòng)力。n Ms點(diǎn)為奧氏體和馬點(diǎn)為奧氏體和馬氏體兩相自由能之差氏體兩相自由能之差達(dá)到相變所需的最小達(dá)到相變所需的最小驅(qū)動(dòng)力（驅(qū)動(dòng)力（臨界驅(qū)動(dòng)力臨界驅(qū)動(dòng)力）時(shí)的溫度。時(shí)的溫度。41 碳含量碳含量C% Ms ，Mf 圖圖4-18 Ms 4-18 Ms 與碳含量關(guān)系與碳含量關(guān)系A(chǔ)3無(wú)擴(kuò)散無(wú)擴(kuò)

22、散轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變4.2 4.2 影響鋼的影響鋼的Ms Ms 點(diǎn)的因素點(diǎn)的因素（1）奧氏體的化學(xué)成分）奧氏體的化學(xué)成分42 合金元素合金元素 除除 Co、Al外，其它合金元素均降低外，其它合金元素均降低Ms 點(diǎn)。點(diǎn)。 解釋解釋：n 碳或者合金元素降低碳或者合金元素降低A3點(diǎn)，降低奧氏體的自點(diǎn)，降低奧氏體的自由能并提高馬氏體（過(guò)飽和鐵素體）的自由能，由能并提高馬氏體（過(guò)飽和鐵素體）的自由能，也降低了也降低了T0 溫度，從而降低溫度，從而降低Ms 點(diǎn)。點(diǎn)。n 碳或者合金元素固溶強(qiáng)化了奧氏體，碳或者合金元素固溶強(qiáng)化了奧氏體，s ，使，使切變所需能量增高，切變所需能量增高，Ms 。43圖圖4-19 4-19

23、奧氏體與馬氏體的自由能奧氏體與馬氏體的自由能- -溫度曲線示意圖溫度曲線示意圖溫度溫度GT0MsT0MsAMGAMGAM臨界驅(qū)動(dòng)臨界驅(qū)動(dòng)力力44 奧氏體的晶粒大小奧氏體的晶粒大小 奧氏體晶粒細(xì)化奧氏體晶粒細(xì)化 Ms 晶粒細(xì)化晶粒細(xì)化 s 切變阻力切變阻力 Ms 彈性極限以內(nèi)的應(yīng)力彈性極限以內(nèi)的應(yīng)力 多向壓應(yīng)力阻礙馬氏體轉(zhuǎn)變，多向壓應(yīng)力阻礙馬氏體轉(zhuǎn)變， Ms 拉應(yīng)力促進(jìn)馬氏體轉(zhuǎn)變，拉應(yīng)力促進(jìn)馬氏體轉(zhuǎn)變， Ms （2）其它因素對(duì)）其它因素對(duì)Ms 點(diǎn)的影響點(diǎn)的影響45n 在在Ms點(diǎn)以上一定溫度范圍內(nèi)，因塑點(diǎn)以上一定溫度范圍內(nèi)，因塑性變形而促生的馬氏體稱為性變形而促生的馬氏體稱為應(yīng)變誘發(fā)應(yīng)變誘發(fā)馬氏體

24、。馬氏體。n 塑性變形能促生馬氏體的最高溫度塑性變形能促生馬氏體的最高溫度稱為稱為Md 點(diǎn)，高于此溫度的塑性變形將點(diǎn)，高于此溫度的塑性變形將不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變誘發(fā)馬氏體。不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)變誘發(fā)馬氏體。4.3 4.3 應(yīng)變誘發(fā)馬氏體應(yīng)變誘發(fā)馬氏體46n 在在MsMd之間對(duì)奧氏體進(jìn)行塑性變形，為向之間對(duì)奧氏體進(jìn)行塑性變形，為向馬氏體轉(zhuǎn)變提供了馬氏體轉(zhuǎn)變提供了機(jī)械驅(qū)動(dòng)力機(jī)械驅(qū)動(dòng)力，從而使相變可，從而使相變可以在較高的溫度發(fā)生，即相當(dāng)于升高了以在較高的溫度發(fā)生，即相當(dāng)于升高了Ms溫溫度。度。n 在在MsMd溫度范圍的塑性變形度越大，由形溫度范圍的塑性變形度越大，由形變誘發(fā)的馬氏體量越大。但對(duì)未轉(zhuǎn)變的奧氏體，變誘發(fā)

25、的馬氏體量越大。但對(duì)未轉(zhuǎn)變的奧氏體，在隨后的冷卻過(guò)程中，馬氏體相變卻受到了抑在隨后的冷卻過(guò)程中，馬氏體相變卻受到了抑制（發(fā)生了制（發(fā)生了機(jī)械穩(wěn)定化機(jī)械穩(wěn)定化）。）。47圖圖4-20 4-20 應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變熱力學(xué)條件應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變熱力學(xué)條件48n 在在 Md 點(diǎn)以上，對(duì)奧氏體進(jìn)行塑性變形，點(diǎn)以上，對(duì)奧氏體進(jìn)行塑性變形，當(dāng)形變量足夠大時(shí)，將抑制隨后冷卻時(shí)的馬當(dāng)形變量足夠大時(shí)，將抑制隨后冷卻時(shí)的馬氏體轉(zhuǎn)變，氏體轉(zhuǎn)變，Ms點(diǎn)降低，殘余奧氏體量增多，點(diǎn)降低，殘余奧氏體量增多，稱為奧氏體的稱為奧氏體的機(jī)械穩(wěn)定化機(jī)械穩(wěn)定化。n 少量塑性變形對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變有促進(jìn)作用，少量塑性變形對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變有促進(jìn)作用

26、，而超過(guò)一定量的塑性變形將對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)而超過(guò)一定量的塑性變形將對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生抑制作用。生抑制作用。4.4 4.4 奧氏體的機(jī)械穩(wěn)定化奧氏體的機(jī)械穩(wěn)定化49n 當(dāng)變形度小時(shí)，增加了奧氏體中有利當(dāng)變形度小時(shí)，增加了奧氏體中有利于馬氏體形核的晶體缺陷。于馬氏體形核的晶體缺陷。n 當(dāng)變形度較大時(shí)，在奧氏體中形成大當(dāng)變形度較大時(shí)，在奧氏體中形成大量亞晶界和高密度位錯(cuò)區(qū)，奧氏體產(chǎn)生量亞晶界和高密度位錯(cuò)區(qū)，奧氏體產(chǎn)生加工硬化，屈服強(qiáng)度提高，阻礙切變過(guò)加工硬化，屈服強(qiáng)度提高，阻礙切變過(guò)程，從而使奧氏體穩(wěn)定化。程，從而使奧氏體穩(wěn)定化。原因：505.1 5.1 馬氏體的變溫形成馬氏體的變溫形成n 馬氏體相變也

27、是通過(guò)形核與長(zhǎng)大進(jìn)行。馬氏體相變也是通過(guò)形核與長(zhǎng)大進(jìn)行。n 變溫時(shí)，在變溫時(shí)，在Ms點(diǎn)以下，無(wú)孕育期，瞬時(shí)點(diǎn)以下，無(wú)孕育期，瞬時(shí)形核，瞬時(shí)長(zhǎng)大。形核，瞬時(shí)長(zhǎng)大。n 馬氏體量隨溫度下降而增加。馬氏體量隨溫度下降而增加。 5. 馬氏體相變動(dòng)力學(xué)馬氏體相變動(dòng)力學(xué)51n 降溫時(shí)，馬氏體量的增加是靠新馬氏體降溫時(shí)，馬氏體量的增加是靠新馬氏體的不斷產(chǎn)生，而不是靠先形成馬氏體的長(zhǎng)的不斷產(chǎn)生，而不是靠先形成馬氏體的長(zhǎng)大。大。淬火冷卻溫度常數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的體積分qqSTfTMf)34()(exp152n 馬氏體轉(zhuǎn)變通常不能進(jìn)行到底，有一部馬氏體轉(zhuǎn)變通常不能進(jìn)行到底，有一部分未轉(zhuǎn)變的奧氏體殘留下來(lái)，稱為分未轉(zhuǎn)變

28、的奧氏體殘留下來(lái)，稱為殘余奧殘余奧氏體。氏體。 AR - retained austeniten 通常淬火只淬到室溫為止，高于很多鋼通常淬火只淬到室溫為止，高于很多鋼的的Mf 點(diǎn)，冷卻不充分，形成點(diǎn)，冷卻不充分，形成AR 。5.2 5.2 殘余奧氏體殘余奧氏體53n 為了減少淬火至室溫后鋼中的為了減少淬火至室溫后鋼中的AR量，可將其量，可將其繼續(xù)冷卻至零下（繼續(xù)冷卻至零下（Mf 點(diǎn)以下）進(jìn)行處理，稱為點(diǎn)以下）進(jìn)行處理，稱為冷處理冷處理。n 凡是降低凡是降低Ms 點(diǎn)的因素均提高點(diǎn)的因素均提高AR 量。量。n AR量和量和Ms 點(diǎn)一樣，主要取決于奧氏體的化學(xué)點(diǎn)一樣，主要取決于奧氏體的化學(xué)成分：成分

29、： C% Ms AR 合金元素合金元素 Ms AR 54 因本身較軟，會(huì)降低淬火鋼的硬度；因本身較軟，會(huì)降低淬火鋼的硬度； 不穩(wěn)定，易使零件產(chǎn)生變形開(kāi)裂；不穩(wěn)定，易使零件產(chǎn)生變形開(kāi)裂； 降低硬磁鋼的磁感應(yīng)強(qiáng)度；降低硬磁鋼的磁感應(yīng)強(qiáng)度； 可提高某些鋼的韌性和塑性?？商岣吣承╀摰捻g性和塑性。 殘余奧氏體的作用：殘余奧氏體的作用：555.3 5.3 奧氏體的熱穩(wěn)定化奧氏體的熱穩(wěn)定化n 定義：使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體能力減低的定義：使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體能力減低的一切現(xiàn)象，稱為一切現(xiàn)象，稱為奧氏體的穩(wěn)定化奧氏體的穩(wěn)定化。表現(xiàn)為。表現(xiàn)為點(diǎn)降低、點(diǎn)降低、AR 量增多。量增多。n 有三大類：有三大類： 化學(xué)穩(wěn)定化

30、化學(xué)穩(wěn)定化-化學(xué)成分引起化學(xué)成分引起 機(jī)械穩(wěn)定化機(jī)械穩(wěn)定化-塑性變形引起塑性變形引起 熱穩(wěn)定化熱穩(wěn)定化56n 淬火時(shí)因緩慢冷卻或在冷卻過(guò)程中停留淬火時(shí)因緩慢冷卻或在冷卻過(guò)程中停留而引起的奧氏體穩(wěn)定化，稱為而引起的奧氏體穩(wěn)定化，稱為熱穩(wěn)定化熱穩(wěn)定化。圖圖4-21 4-21 奧氏體熱穩(wěn)定化現(xiàn)象示意圖奧氏體熱穩(wěn)定化現(xiàn)象示意圖 在在Ms Ms 點(diǎn)以下等溫停留點(diǎn)以下等溫停留n 將引起將引起點(diǎn)降低點(diǎn)降低以及以及 AR 量增多。量增多。等溫停留57 奧氏體的熱穩(wěn)定化是由于在適當(dāng)奧氏體的熱穩(wěn)定化是由于在適當(dāng)溫度停留過(guò)程中，奧氏體中的碳、氮溫度停留過(guò)程中，奧氏體中的碳、氮原子與位錯(cuò)發(fā)生交互作用形成原子與位錯(cuò)發(fā)生

31、交互作用形成柯氏氣柯氏氣團(tuán)團(tuán)，從而強(qiáng)化了奧氏體，使馬氏體相，從而強(qiáng)化了奧氏體，使馬氏體相變的阻力增大所致。變的阻力增大所致。 奧氏體熱穩(wěn)定化的本質(zhì)：奧氏體熱穩(wěn)定化的本質(zhì)：586.1 K-S 6.1 K-S 均勻切變模型均勻切變模型6. 馬氏體相變晶體學(xué)模型馬氏體相變晶體學(xué)模型n 三個(gè)步驟：三個(gè)步驟：。進(jìn)行，切變角為方向面為滑移面，沿以2819112)111(0_59。變?yōu)椋沟酌鎯?nèi)角由切變角為方向進(jìn)行，面為滑移面，沿以2370602310011 )211(000_：。，含軸膨脹軸收縮Cac%4 . 106. 1/%4 . 5 121 %9 . 1 110_60圖圖4-22 K-S 4-22 K

32、-S 切變模型切變模型61圖圖4-23 4-23 馬氏體與奧氏體的共格關(guān)系及其破壞馬氏體與奧氏體的共格關(guān)系及其破壞n 隨馬氏體長(zhǎng)大，靠近界面的奧氏體彈性切應(yīng)變隨馬氏體長(zhǎng)大，靠近界面的奧氏體彈性切應(yīng)變也愈來(lái)愈大，當(dāng)應(yīng)力值超過(guò)奧氏體的屈服極限時(shí)，也愈來(lái)愈大，當(dāng)應(yīng)力值超過(guò)奧氏體的屈服極限時(shí)，將發(fā)生塑性變形，將發(fā)生塑性變形，界面共格聯(lián)系被破壞界面共格聯(lián)系被破壞。這時(shí)的。這時(shí)的馬氏體要通過(guò)馬氏體要通過(guò)擴(kuò)散擴(kuò)散才能繼續(xù)長(zhǎng)大，實(shí)際上馬氏體才能繼續(xù)長(zhǎng)大，實(shí)際上馬氏體已停止長(zhǎng)大。已停止長(zhǎng)大。62n ：n 第一次切變第一次切變 為宏觀均勻切變，發(fā)生宏觀變形，產(chǎn)為宏觀均勻切變，發(fā)生宏觀變形，產(chǎn)生表面浮凸；并發(fā)生點(diǎn)陣改組，形成生表面