馬氏體與鋼在冷卻時(shí)的低溫轉(zhuǎn)變

1、第六章馬氏體與鋼在冷卻時(shí)的低溫轉(zhuǎn)變一名詞解釋1馬氏體相變：馬氏體相變-替換原子無(wú)擴(kuò)散切變(原子沿相界面作協(xié)作運(yùn)動(dòng))使其形狀改變的相變。2馬氏體-原子經(jīng)無(wú)擴(kuò)散切變的不變平面應(yīng)變的晶格改組，得到的與母相具有嚴(yán)格晶體學(xué)關(guān)系和慣習(xí)面的含有高密度位錯(cuò)、層錯(cuò)或?qū)\晶等晶體缺陷的組織。3不變平面應(yīng)變-任一點(diǎn)的位移與該點(diǎn)距不變平面的距離成正比的應(yīng)變。4熱彈性馬氏體一一-在一些合金中，馬氏體形成時(shí)產(chǎn)生的形狀變化始終依靠相鄰母相的彈性變形來(lái)協(xié)調(diào)，保持著界面的共格性。M片可隨溫度降低而長(zhǎng)大，隨溫度升高而縮小，亦即溫度的升降可引起M片的消長(zhǎng)。具有這種特性的M稱為熱彈性M。二填空/簡(jiǎn)答1馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)：體心立方體心正方

2、點(diǎn)陣鋼中是C在-Fe中的過(guò)飽和固溶體，含碳量越高，正方度越大2馬氏體位向關(guān)系：KS關(guān)系(Fe-1.4C)110a'馬氏體|111丫母相，<111>a'|<110>丫即新相馬氏體的110晶面族平行于母相奧氏體的111晶面族，同時(shí)馬氏體的<111>晶向族平行于奧氏體的<110>晶向族3馬氏體中的慣習(xí)面：“共格切變”不畸變平面(111)y-含碳量較低時(shí)，低指數(shù)面含碳量較高時(shí)-(225)y(259)y-高指數(shù)面4馬氏體的組織形態(tài)：按照亞結(jié)構(gòu)分為位錯(cuò)型馬氏體、孿晶馬氏體根據(jù)形態(tài)分為板條馬氏體、針片狀馬氏體、蝶狀馬氏體、薄板狀馬氏體、薄片狀馬

3、氏體5關(guān)于板條狀馬氏體：(1)板條M般存在于低、中碳鋼1和不銹鋼中(2) 一個(gè)奧氏體晶粒一幾個(gè)馬氏體“束”一一個(gè)“束”內(nèi)幾個(gè)不同取向的“塊”-每個(gè)塊由相互平行的“板”或“條”組成；“板”或“條”-板條狀馬氏體的基本單元(3) 板條界：小角度晶界；塊界和束界：大角度晶界(4) 亞結(jié)構(gòu)：位錯(cuò)，故又稱為位錯(cuò)馬氏體(5) 慣習(xí)面111丫，位向關(guān)系符合K-S關(guān)系6針狀(透鏡片狀)馬氏體：(1)一般存在于中、高碳鋼、Fe-Ni合金中(2) 亞結(jié)構(gòu)：孿晶，故又稱為孿晶馬氏體；慣習(xí)面：中脊面(3) 針狀馬氏體的慣習(xí)面與形成溫度有關(guān)：溫度較高時(shí)為225丫，位向關(guān)系符合K-S關(guān)系；溫度較低時(shí)為259丫，位向關(guān)系符

4、合西山關(guān)系(其他的特點(diǎn)了解，見(jiàn)書及PPT)7影響M形態(tài)和亞結(jié)構(gòu)的因素(1) 化學(xué)成分:碳含量是影響M形態(tài)的主要因素-CV0.3%，板條M；C>1.0%，透鏡片狀M；C=0.31.0%，板條和片狀的混合結(jié)構(gòu)合金元素：縮小丫區(qū)的元素(Cr,V,Mo,W,Ti)利于形成板條M;擴(kuò)大丫區(qū)的元素(Ni,Mn)利于形成片狀M;降低層錯(cuò)能的元素利于形成-M(2) Ms的影響：隨著Ms下降，馬氏體形態(tài)轉(zhuǎn)化順序：板條=蝶狀=透鏡片狀=薄片狀亞結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化順序：位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)=孿晶亞結(jié)構(gòu)(3)奧氏體的層錯(cuò)能：層錯(cuò)能低時(shí)，易于形成薄板狀M,層錯(cuò)能越低，越趨于形成位錯(cuò)板條M(4) 奧氏體強(qiáng)度：流變應(yīng)力高的合金形成片狀

5、馬氏體，低的形成板條馬氏體或混合馬氏體綜上，影響M形態(tài)的主要因素是C%、Ms8馬氏體相變分類及特點(diǎn)：(1) 非恒溫性與不完全性馬氏體轉(zhuǎn)變無(wú)孕育期，在一定溫度下轉(zhuǎn)變不能進(jìn)行到底。馬氏體轉(zhuǎn)變有轉(zhuǎn)變開(kāi)始和轉(zhuǎn)變終了溫度。有些Ms在0C以下的合金，可能爆發(fā)形成，有些可能等溫形成，但不能轉(zhuǎn)變完全。無(wú)擴(kuò)散型相變-母相以均勻切變方式轉(zhuǎn)為新相表面浮凸說(shuō)明馬氏體是以切變方式進(jìn)行的，是在不變平面上產(chǎn)生的均勻應(yīng)變-不變平面應(yīng)變：任一點(diǎn)的位移與該點(diǎn)距不變平面的距離成正比不變平面可以是相界面上原子排列既同于M又同于A-共格界面(這種共格界面是以母相的切變來(lái)維持共格關(guān)系的，故稱為第二類共格界面。(4)馬氏體可以發(fā)生可逆性轉(zhuǎn)

6、變冷卻時(shí)，高溫相可以通過(guò)馬氏體相變機(jī)制轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，開(kāi)始點(diǎn)Ms，終了點(diǎn)Mf加熱時(shí)，馬氏體可通過(guò)逆轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷叵?，開(kāi)始點(diǎn)As，終了點(diǎn)Af通常AsMs，二者之差取決于合金成分9馬氏體區(qū)別與其他相變的最基本的特點(diǎn)是：相變以共格切變的方式進(jìn)行；相變的無(wú)擴(kuò)散性10馬氏體轉(zhuǎn)變熱力學(xué)：(1)馬氏體轉(zhuǎn)變是熱學(xué)性的，驅(qū)動(dòng)力是G'(2)溫度必須過(guò)冷到Ms點(diǎn)以下才能發(fā)生M轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變需要過(guò)冷度：T=T0MsT也稱熱滯(3) 為什么較大過(guò)冷度：驅(qū)動(dòng)力：M與A的自由焓差GV，過(guò)冷度越大，GV越大；A晶體缺陷所提供的能量厶GD相變阻力：M轉(zhuǎn)變產(chǎn)生界面-晶面能S(不大);M轉(zhuǎn)變時(shí)比容變化產(chǎn)生彈性能-E(大:比容，共

7、格);M轉(zhuǎn)變時(shí)克服切變抗力要消耗的功形成M時(shí)造成的大量位錯(cuò)、孿晶而升高的能量鄰近M的A中產(chǎn)生塑變所消耗能量由于M轉(zhuǎn)變時(shí)需要增加能量較多，故阻力較大，使轉(zhuǎn)變必須在較大過(guò)冷度下才能進(jìn)行。11Ms的物理意義母相和馬氏體兩相之間的體積自由能之差達(dá)到相變所需的最小驅(qū)動(dòng)力值時(shí)的溫度。當(dāng)T0一定時(shí)，若Ms越低，則熱滯(TOMs)值越大，相變所需要的驅(qū)動(dòng)力就越大As點(diǎn)的物理意義：與Ms相似，并且逆轉(zhuǎn)變的驅(qū)動(dòng)力也和(T0As)成比例。12影響Ms點(diǎn)的因素：(1)奧氏體化學(xué)成分(最主要影響因素)C:是顯著的影響因素隨C%,Ms,Mf，且Mf比Ms下降得快，所以能擴(kuò)大M的轉(zhuǎn)變溫度范圍；N:強(qiáng)烈降低Ms點(diǎn)；Al,Co

8、：提高M(jìn)s點(diǎn)；其余Me:使Ms降低(2) 加熱規(guī)程的影響：提高A區(qū)內(nèi)加熱溫度或延長(zhǎng)加熱時(shí)間可提高M(jìn)s點(diǎn)，原因可能與A晶粒長(zhǎng)大，A成分均勻化或與A內(nèi)缺陷減少有關(guān)。本質(zhì)上是由奧氏體屈服強(qiáng)度決定的。（3）冷卻速度提高，一般生產(chǎn)條件下不改變Ms，在很高的冷卻速度下，會(huì)使Ms升高一個(gè)臺(tái)階。（4）彈性應(yīng)力的影響：?jiǎn)蜗蚶瓚?yīng)力、壓應(yīng)力能促進(jìn)M的形成，使Ms點(diǎn)升高，所得M稱為應(yīng)力促發(fā)M。三向壓縮則使Ms點(diǎn)下降。（5）塑性變形的影響：在奧氏體狀態(tài)下的塑性變形方式和變形量對(duì)馬氏體相變Ms點(diǎn)有顯著影響。塑性變形使晶粒細(xì)化，使Ms點(diǎn)降低，最終趨于恒定13形變誘發(fā)馬氏體：如果在Ms點(diǎn)以上（TO-Ms）之間對(duì)A進(jìn)行塑性變形

9、會(huì)誘發(fā)M而引起Ms點(diǎn)升高達(dá)到Md點(diǎn),同樣塑性變形也可以使As下降到Ad點(diǎn)。Md-形變M點(diǎn)Ad-形變A點(diǎn)。意義：Md:可獲得形變M的最高溫度，若在高于Md點(diǎn)的溫度對(duì)A進(jìn)行塑性變形，就會(huì)失去誘發(fā)M轉(zhuǎn)變的作用。Ad:可獲得形變A的最低溫度。按馬氏體相變的熱力學(xué)，Md的上限溫度為TO,而Ad的下限溫度也為TO。14形變誘發(fā)M轉(zhuǎn)變的原因：形變能為相變提供一定的能量，如果該能量與化學(xué)驅(qū)動(dòng)力相互作用，能夠達(dá)到相變所需的最小驅(qū)動(dòng)力，則相變就可以提前發(fā)生。形變所提供的能量，稱為機(jī)械驅(qū)動(dòng)力。15馬氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)：（1）馬氏體轉(zhuǎn)變也是通過(guò)形核和長(zhǎng)大過(guò)程進(jìn)行的，因此馬氏體轉(zhuǎn)變速度也取決于形核率和長(zhǎng)大速度。長(zhǎng)大速率

10、較高，形核率是控制馬氏體長(zhǎng)大的主要因素（2）按照驅(qū)動(dòng)力大小和形成方式分為變溫、等溫、爆發(fā)式和熱彈性相變16變溫瞬時(shí)形核，瞬時(shí)長(zhǎng)大（變溫M轉(zhuǎn)變）特點(diǎn)：Ms以下必須不斷降溫，M核才能不斷形成形核速度極快，瞬時(shí)形成，稱為瞬時(shí)變溫形核長(zhǎng)大速率極快，在-196C低溫下仍以105cm/s長(zhǎng)大M單晶長(zhǎng)大到一定大小后不再長(zhǎng)大。M轉(zhuǎn)變速度僅取決于形核率，而與長(zhǎng)大速度無(wú)關(guān)等溫M相變動(dòng)力學(xué)曲線吋何（3）等溫M相變動(dòng)力學(xué)圖特點(diǎn)：M核可以等溫形成，有孕育期，形核率隨過(guò)冷度增加，先增后減轉(zhuǎn)變速度隨過(guò)冷度的增加、時(shí)間的延長(zhǎng)先增后減快冷可抑制M轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變不能進(jìn)行到底，只有部分A可以等溫轉(zhuǎn)變?yōu)镸18爆發(fā)式轉(zhuǎn)變（自觸發(fā)形核）當(dāng)?shù)谝黄琈形成后，會(huì)激發(fā)出大量M而引起爆發(fā)式轉(zhuǎn)變爆發(fā)轉(zhuǎn)變停止后，為使M轉(zhuǎn)變繼續(xù)進(jìn)行，必須繼續(xù)降低溫度。綜上，三種方式長(zhǎng)大速度均極大，主要差別是形核方式及形核率不同。19熱彈性馬氏體相變熱彈性M相變非熱彈性M熱滯小熱滯大界面始終共格長(zhǎng)大到一定尺寸共格破壞逆轉(zhuǎn)變時(shí)M片連續(xù)收縮非連續(xù)收縮Au-CdFe-Ni連續(xù)冷卻時(shí)，轉(zhuǎn)變量均是溫度的函數(shù)特點(diǎn)：繼續(xù)降溫，原有馬氏體片會(huì)繼續(xù)長(zhǎng)大；升溫時(shí)發(fā)生體積收縮直至消失，呈現(xiàn)熱彈性；相界面始終維持共格關(guān)系；具有完全可逆性-可回復(fù)到原來(lái)母相的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、位向關(guān)系。熱彈性