熱處理馬氏體轉(zhuǎn)變

＜0.6％C0.6％～1.4％C正火F＋P偽組織組織P偽正火組織不能用Fe-C相圖分析當(dāng)前第1頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體是碳在α-Fe中的過(guò)飽和的固溶體.其成分與高溫相奧氏體完全相同.馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)為體心正方(>0.2％C)。馬氏體組織形態(tài)板條馬氏體(位錯(cuò))片狀馬氏體(孿晶)0.3％～1.0％C＜0.3％C>1.0％C板條+片狀混合馬氏體2當(dāng)前第2頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)

鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)表面浮凸效應(yīng)和切變共格性(晶體切變?cè)趹T析面上進(jìn)行)無(wú)擴(kuò)散性新相與母相間具有一定的晶體學(xué)位向關(guān)系(板條和片狀馬氏體(1～1.4%C)均符合K-S關(guān)系，但它們的慣析面不同)轉(zhuǎn)變的不完全性當(dāng)前第3頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)4.1馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)4.2馬氏體轉(zhuǎn)變的切變模型4.3馬氏體的組織形態(tài)4.4馬氏體轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)分析4.5馬氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)4.6馬氏體的機(jī)械性能4.7奧氏體的穩(wěn)定化第4章馬氏體轉(zhuǎn)變4當(dāng)前第4頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)第4章馬氏體轉(zhuǎn)變鋼從奧氏體狀態(tài)快速冷卻，抑制過(guò)冷奧氏體發(fā)生珠光體和貝氏體等擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，在較低溫度下發(fā)生的無(wú)擴(kuò)散型相變叫做馬氏體轉(zhuǎn)變。γ-Fe(C)→α'-Fe(C)面心立方體心正方回主頁(yè)5當(dāng)前第5頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)4.1馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)4.1.1馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)

馬氏體是碳在α-Fe中的過(guò)飽和固溶體，以符號(hào)α'或M表示。α-Fe是體心立方點(diǎn)陣，其溶碳量極少(0.006～0.0218％C)。含碳量＜0.2%－馬氏體呈體心立方結(jié)構(gòu)(低碳馬氏體)。含碳量>0.2%～1.9%－馬氏體呈體心正方結(jié)構(gòu)馬氏體的正方度(c/a>1)隨碳含量的增加而增大。上一頁(yè)下一頁(yè)6當(dāng)前第6頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)

馬氏體的晶格常數(shù)

α0為α-Fe的點(diǎn)陣常數(shù)，p為馬氏體的碳含量，α、β、γ為常數(shù)；α和β的數(shù)值表示碳在α-Fe點(diǎn)陣中引起局部畸變的程度。上一頁(yè)下一頁(yè)跳過(guò)7當(dāng)前第7頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)4.1.2馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)（1）表面浮凸效應(yīng)和切變共格性馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)在預(yù)先磨光的表面上產(chǎn)生有規(guī)則的表面浮凸。

上一頁(yè)下一頁(yè)圖4.1馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)在晶體

表面引起的傾折

8當(dāng)前第8頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)馬氏體轉(zhuǎn)變是新相馬氏體在母相特定的晶面(慣習(xí)面)上產(chǎn)生晶體切變的過(guò)程。馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，保持新相和母相具有一定位向關(guān)系的晶面稱(chēng)為慣習(xí)面。它是一個(gè)無(wú)畸變、不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的平面。上一頁(yè)下一頁(yè)圖4.2馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生表面浮凸示意圖(a)9當(dāng)前第9頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)慣習(xí)面通常以母相的晶面指數(shù)表示，常見(jiàn)的有三種：｛111｝γ，｛225｝γ和｛259｝γ。鋼中馬氏體的慣習(xí)面隨碳含量及形成溫度不同而異。含碳量小于0.6％→｛111｝γ，含碳量在0.6～1.4％之間→｛225｝γ，含碳量高于1.4％→｛259｝γ。隨馬氏體形成溫度的降低，慣習(xí)面有向高指數(shù)變化的趨勢(shì)。所以，同一成分的鋼也可能出現(xiàn)兩種慣習(xí)面的馬氏體，如先形成的馬氏體慣習(xí)面為｛225｝γ，而后形成的馬氏體的慣習(xí)面為｛259｝γ。由于馬氏體的慣習(xí)面不同，將會(huì)帶來(lái)馬氏體組織形態(tài)上的變異。上一頁(yè)下一頁(yè)10當(dāng)前第10頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)

中脊面

如果慣析面不是奧氏體和馬氏體的相界面，稱(chēng)為為中脊面。上一頁(yè)下一頁(yè)圖4.3馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生表面浮凸示意圖(b)11當(dāng)前第11頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)馬氏體轉(zhuǎn)變必定在其周?chē)鷬W氏體點(diǎn)陣中產(chǎn)生一定的彈性應(yīng)變，而積蓄一定的彈性應(yīng)變能，這種應(yīng)變能隨馬氏體尺寸的增大而增大。上一頁(yè)下一頁(yè)圖4.4馬氏體轉(zhuǎn)變?cè)谄渲車(chē)鷬W氏體點(diǎn)陣中引起的應(yīng)變場(chǎng)12當(dāng)前第12頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)(2)無(wú)擴(kuò)散性

馬氏體轉(zhuǎn)變只有點(diǎn)陣改組而無(wú)成分的改變。在馬氏體相變過(guò)程中原子是集體移動(dòng)的，它們之間的相對(duì)位移不超過(guò)一個(gè)原子間距。上一頁(yè)下一頁(yè)圖4.5馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)原子的集體移動(dòng)

13當(dāng)前第13頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)(3)新相與母相間具有一定的晶體學(xué)位向關(guān)系

K-S關(guān)系(庫(kù)爾久莫夫和薩克斯關(guān)系){110}α′∥{111}γ<111>α′∥<110>γ

在｛111｝γ晶面族中每個(gè)晶面上馬氏體可有6種不同的取向，而立方點(diǎn)陣的{111}γ晶面族中有4種晶面，故馬氏體在奧氏體中總共可能有24種取向。

上一頁(yè)下一頁(yè)圖4.6馬氏體在奧氏體(111)面上形成時(shí)可能有的取向14當(dāng)前第14頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)西山(Nishiyama)關(guān)系

{110}α′∥{111}γ<110>α′∥<112>γ在奧氏體的每個(gè){111}上，各有三個(gè)不同的<112>方向。在每個(gè)方向上，馬氏體只可能有一個(gè)取向，故每個(gè){111}γ面上只能有三個(gè)不同的馬氏體取向，四個(gè){111}γ面共有12個(gè)可能的馬氏體取向。圖4.7馬氏體在(111)γ面上形成時(shí)可能有的三種不同的西山取向上一頁(yè)下一頁(yè)15當(dāng)前第15頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)兩者的晶面平行關(guān)系相同;晶向平行關(guān)系相差5o16'。上一頁(yè)下一頁(yè)圖4.8西山關(guān)系與K－S關(guān)系的比較K-S關(guān)系與西山關(guān)系對(duì)比16當(dāng)前第16頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)G-T關(guān)系(格倫寧格-特賴(lài)雅諾關(guān)系)Greniger和Troiano精確測(cè)量了Fe-0.8%C-22%Ni合金的奧氏體與馬氏體的位向接近K-S關(guān)系：{110}α'∥{111}γ差1°<111>α'∥<110>γ差2°上一頁(yè)下一頁(yè)17當(dāng)前第17頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)（4）轉(zhuǎn)變的不完全性

馬氏體轉(zhuǎn)變主要為降溫轉(zhuǎn)變，過(guò)冷奧氏體冷至Ms溫度時(shí)開(kāi)始馬氏體轉(zhuǎn)變，冷至Mf時(shí)馬氏體轉(zhuǎn)變終止。

此時(shí)并未得到100％的馬氏體組織，仍保留部分未轉(zhuǎn)變的奧氏體，稱(chēng)為殘余奧氏體。

含碳0.6～1.0％Ar<10％含碳1.3～1.5％Ar為30～50％

上一頁(yè)下一頁(yè)18當(dāng)前第18頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)（5）轉(zhuǎn)變的可逆性

在某些合金中奧氏體冷卻時(shí)發(fā)生A→M，而重新加熱時(shí)馬氏體又發(fā)生M→A，這種特點(diǎn)稱(chēng)為馬氏體轉(zhuǎn)變的可逆性。對(duì)鋼來(lái)說(shuō)，一般情況下觀(guān)察不到馬氏體的逆轉(zhuǎn)變，這是因?yàn)轳R氏體被加熱時(shí)在溫度尚未到達(dá)As點(diǎn)的過(guò)程中即已發(fā)生分解(回火)，因而不存在直接轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的可能性。As點(diǎn)－發(fā)生M→A逆轉(zhuǎn)變時(shí)的開(kāi)始溫度。上一頁(yè)下一頁(yè)19當(dāng)前第19頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)4.2馬氏體轉(zhuǎn)變的切變模型Bain模型K-S切變模型G-T模型

上一頁(yè)下一頁(yè)只能說(shuō)明點(diǎn)陣的改組，不能說(shuō)明轉(zhuǎn)變時(shí)出現(xiàn)的表面浮凸和慣習(xí)面。

能較好的解釋馬氏體轉(zhuǎn)變的浮凸效應(yīng)、慣習(xí)面、取向關(guān)系及亞結(jié)構(gòu)變化等問(wèn)題，但它不能解釋含碳量小于1.4％鋼的取向關(guān)系。

20當(dāng)前第20頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)圖4.8G-T模型示意圖上一頁(yè)下一頁(yè)21當(dāng)前第21頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)圖4.9G-T模型切變過(guò)程這種模型是以?xún)纱吻凶優(yōu)樵O(shè)想。第一次切變是沿著慣析面在母相奧氏體中發(fā)生均勻切變，產(chǎn)生宏觀(guān)變形，在磨光的試樣表面形成浮凸(如圖a,b)。(a)切變前(b)均勻切變上一頁(yè)下一頁(yè)22當(dāng)前第22頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)圖4.9G-T模型切變過(guò)程

第二次切變是宏觀(guān)不均勻切變，在(112)α′面的［111］α′方向上發(fā)生12～13o的切變，如圖c和d。這一次切變轉(zhuǎn)變成體心正方的馬氏體結(jié)構(gòu)。當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度高時(shí)，是以滑移方式進(jìn)行第二次切變；當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度低時(shí)，則以孿生方式進(jìn)行第二次切變。第二次切變的結(jié)果便形成了馬氏體的亞結(jié)構(gòu)?？梢?jiàn)第二次切變的兩種方式與馬氏體的兩種基本形態(tài)是對(duì)應(yīng)的。(c)滑移切變(d)孿生切變上一頁(yè)下一頁(yè)23當(dāng)前第23頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)4.3馬氏體的組織形態(tài)4.3.1板條狀(位錯(cuò))馬氏體

由許多成群的板條組成亞結(jié)構(gòu)主要為位錯(cuò)

晶體學(xué)位向關(guān)系符合K-S關(guān)系返回上一頁(yè)下一頁(yè)特征24當(dāng)前第24頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)圖4.1020CrMnTi鋼的淬火組織，板條馬氏體圖4.11板條馬氏體顯微組織示意圖返回上一頁(yè)下一頁(yè)25當(dāng)前第25頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)4.3.2片狀(孿晶)馬氏體空間形態(tài)呈凸透鏡(片)狀亞結(jié)構(gòu)主要為孿晶晶體學(xué)位向關(guān)系返回上一頁(yè)下一頁(yè)特征高溫形成符合K-S關(guān)系低溫形成符合西山關(guān)系可爆發(fā)形成，馬氏體片有明顯的中脊26當(dāng)前第26頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)圖4.12T12鋼的過(guò)熱淬火組織，片狀馬氏體圖4.13片狀馬氏體顯微組織示意圖上一頁(yè)下一頁(yè)27當(dāng)前第27頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)特征板條狀馬氏體片狀馬氏體慣習(xí)面（111）γ（225）γ（259）γ位向關(guān)系K—S關(guān)系K—S關(guān)系西山關(guān)系形成溫度MS>350℃MS≈200~100℃MS<100℃合金成分%C＜0.31~1.41.4~20.3~1時(shí)為混合型亞結(jié)構(gòu)位錯(cuò)（纏結(jié)）,有時(shí)亦可見(jiàn)到少量的細(xì)小孿晶細(xì)小孿晶，以中脊為中心組成相變孿晶區(qū),隨MS點(diǎn)降低，相變孿晶區(qū)增大，片的邊緣部分為復(fù)雜的位錯(cuò)組列.形成過(guò)程降溫形成，新的馬氏體片（板條）只在冷卻過(guò)程中產(chǎn)生長(zhǎng)大速度較低，一個(gè)板條體約在10-4S內(nèi)形成長(zhǎng)大速度較高，一個(gè)片體大約在10-7S內(nèi)形成無(wú)“爆發(fā)性”轉(zhuǎn)變，在小于50%轉(zhuǎn)變量?jī)?nèi)降溫轉(zhuǎn)變率約為1%/℃

MS<0℃時(shí)有“爆發(fā)性”轉(zhuǎn)變。新馬氏體片不隨溫度下降均勻產(chǎn)生，伴有響聲.28當(dāng)前第28頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)4.3.4影響馬氏體形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的因素(1)化學(xué)成分的影響(2)馬氏體形成溫度M板條→在Ms以下較高溫度區(qū)形成M片狀→在較低溫度區(qū)形成

含碳量在0.2％～1.0％的奧氏體，先在馬氏體區(qū)上部形成板條馬氏體，然后在馬氏體區(qū)下部形成片狀馬氏體。含碳量越高，Ms點(diǎn)越低，形成板條馬氏體量越少，而片狀馬氏體量越多。馬氏體組織形態(tài)板條馬氏體(位錯(cuò))片狀馬氏體(孿晶)0.3％～1.0％C＜0.3％C>1.0％C板條+片狀混合馬氏體當(dāng)前第29頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)(3)奧氏體的層錯(cuò)能

奧氏體的層錯(cuò)能越低，相變孿晶生成越困難，形成板條狀馬氏體的傾向越大。(4)奧氏體和馬氏體的強(qiáng)度凡是在Ms點(diǎn)處奧氏體的屈服強(qiáng)度大于某一極限值(約為206MPa)時(shí)，就形成慣析面為｛259｝γ片狀馬氏體；而小于該極限值時(shí)，則形成慣習(xí)面為｛111｝γ的板條狀馬氏體或慣習(xí)面為｛225｝γ的片狀馬氏體。上一頁(yè)下一頁(yè)30當(dāng)前第30頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)4.4馬氏體轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)分析

4.4.1馬氏體轉(zhuǎn)變的驅(qū)動(dòng)力上一頁(yè)下一頁(yè)圖4.15M和A的自由能與溫度的關(guān)系

馬氏體相變驅(qū)動(dòng)力是新相馬氏體(α')與母相奧氏體(γ)的化學(xué)自由能差?Gγ→α'＝Gα'-Gγ。若發(fā)生馬氏體相變，必須使系統(tǒng)總的自由能變化?Gγ→α'＜0。即馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)需要相當(dāng)大的過(guò)冷度?T=To-Ms。31當(dāng)前第31頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)新相與母相的化學(xué)自由能差：?Gγ→α′＝－?G體＋（?G表＋?G彈）當(dāng)－?G體＝（?G表＋?G彈）馬氏體轉(zhuǎn)變立即中止；當(dāng)－?G體＞（?G表＋?G彈）轉(zhuǎn)變又繼續(xù)進(jìn)行，直到終了（指再降溫，轉(zhuǎn)變也不能進(jìn)行）為止。上一頁(yè)下一頁(yè)32當(dāng)前第32頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)4.4.2影響Ms點(diǎn)的因素(1)奧氏體的化學(xué)成分(a)碳含量

C％↑→A強(qiáng)度↑→通過(guò)切變轉(zhuǎn)變成M愈困難→需要相變推動(dòng)力↑(過(guò)冷度↑)→Ms↓

上一頁(yè)下一頁(yè)圖4.16碳含量對(duì)碳鋼MS、Mf點(diǎn)的影響

Ms點(diǎn)的物理意義：Ms點(diǎn)是開(kāi)始發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的溫度。奧氏體和馬氏體兩相自由能差達(dá)到相變所需要的最小驅(qū)動(dòng)力值時(shí)的溫度。33當(dāng)前第33頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)(b)合金元素除Al、Co提高M(jìn)s點(diǎn)外，其余大多數(shù)合金元素都不同程度地降低Ms點(diǎn)。

上一頁(yè)下一頁(yè)圖4.17合金元素對(duì)MS點(diǎn)的影響34當(dāng)前第34頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)(2)應(yīng)力和塑性變形

應(yīng)力拉應(yīng)力→促進(jìn)馬氏體轉(zhuǎn)變→Ms點(diǎn)↑原因：馬氏體比容大，轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生體積膨脹，因而拉應(yīng)力必然會(huì)促進(jìn)馬氏體形成，表現(xiàn)為使Ms點(diǎn)升高。壓應(yīng)力→阻止馬氏體形成→Ms點(diǎn)↓上一頁(yè)下一頁(yè)35當(dāng)前第35頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)

塑性變形

在Ms點(diǎn)以上一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行塑性形變會(huì)促使奧氏體在形變溫度下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，這種因形變而促成的馬氏體又稱(chēng)為應(yīng)變誘發(fā)馬氏體。產(chǎn)生應(yīng)變誘發(fā)馬氏體的溫度有一個(gè)最高限，稱(chēng)為Md點(diǎn)。

Md的物理意義：獲得應(yīng)變誘發(fā)馬氏體的最高溫度。若在高于Md點(diǎn)的溫度對(duì)奧氏體進(jìn)行塑性變形，就會(huì)失去誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變的作用。上一頁(yè)下一頁(yè)36當(dāng)前第36頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)在Md～MS之間對(duì)奧氏體塑性變形塑性變形↑→MS點(diǎn)↑→形變誘發(fā)M量↑→對(duì)隨后冷卻發(fā)生的M轉(zhuǎn)變有抑制作用當(dāng)形變度為72％時(shí)→奧氏體完全穩(wěn)定化→馬氏體轉(zhuǎn)變幾乎被完全抑制在Md點(diǎn)以上對(duì)奧氏體進(jìn)行塑性形變雖不能誘發(fā)形成馬氏體，但對(duì)隨后冷卻時(shí)的馬氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生影響。其一般規(guī)律是少量的塑性形變能促進(jìn)隨后冷卻時(shí)的馬氏體轉(zhuǎn)變(使Ms點(diǎn)提高)，而超過(guò)一定限度的塑性形變則起著相反的作用，甚至使奧氏體完全穩(wěn)定化。上一頁(yè)下一頁(yè)37當(dāng)前第37頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)(3)奧氏體化條件

在完全奧氏體化的前提下，提高加熱溫度、延長(zhǎng)保溫時(shí)間，將使MS點(diǎn)有所提高。原因：加熱溫度和保溫時(shí)間↑→A均勻性和晶粒尺寸↑→A強(qiáng)度↓→M轉(zhuǎn)變阻力↓→Ms點(diǎn)↑在不完全奧氏體化加熱條件下，提高溫度或延長(zhǎng)時(shí)間將使奧氏體中的碳及合金元素含量增加，導(dǎo)致Ms點(diǎn)下降。上一頁(yè)下一頁(yè)38當(dāng)前第38頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)若在馬氏體轉(zhuǎn)變前奧氏體已預(yù)先部分地轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w，將會(huì)使Ms點(diǎn)降低。原因--貝氏體優(yōu)先在奧氏體的貧碳區(qū)形成(詳見(jiàn)第五章)，而剩余的奧氏體則相對(duì)地屬于富碳區(qū)，結(jié)果表現(xiàn)為Ms點(diǎn)下降。（4）存在先馬氏體的組織轉(zhuǎn)變

若在馬氏體轉(zhuǎn)變前奧氏體己預(yù)先部分地轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織，將會(huì)使Ms點(diǎn)升高。

原因--珠光體優(yōu)先在奧氏體的富碳區(qū)形成，而剩余的奧氏體則相對(duì)地屬于貧破區(qū)，結(jié)果表現(xiàn)為Ms點(diǎn)升高。

上一頁(yè)下一頁(yè)39當(dāng)前第39頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)4.5馬氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)上一頁(yè)下一頁(yè)

馬氏體轉(zhuǎn)變也是形核和長(zhǎng)大的過(guò)程，馬氏體一旦形核迅速長(zhǎng)大，因此形核率是轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)的主要控制因素。40當(dāng)前第40頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)

4.5.1馬氏體轉(zhuǎn)變的形核

(1)熱形核說(shuō)形核功來(lái)源于熱起伏，核胚的長(zhǎng)大是靠原子一個(gè)個(gè)地從母相轉(zhuǎn)入新相來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(2)缺陷形核說(shuō)形核位置是結(jié)構(gòu)不均勻的區(qū)域，如位錯(cuò)、層錯(cuò)，晶界、亞晶界或由夾雜物造成的畸變區(qū)等。

(3)自促發(fā)形核說(shuō)因先生成的馬氏體使其周?chē)鷬W氏體發(fā)生協(xié)同形變而產(chǎn)生位錯(cuò)，促成馬氏體核胚所致。上一頁(yè)下一頁(yè)41當(dāng)前第41頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)4.5.2馬氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)類(lèi)型1.變溫(或降溫)轉(zhuǎn)變(對(duì)大多數(shù)鋼)特點(diǎn)：(1)奧氏體過(guò)冷到Ms點(diǎn)以下，馬氏體量隨溫度下降而增加。

馬氏體轉(zhuǎn)變量只決定于轉(zhuǎn)變溫度，而與保溫時(shí)間無(wú)關(guān)。上一頁(yè)下一頁(yè)圖4.18連續(xù)冷卻時(shí)馬氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)

42當(dāng)前第42頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)（2）馬氏體長(zhǎng)大激活能小，一經(jīng)形核則高速長(zhǎng)大；（3）隨溫度降低而繼續(xù)進(jìn)行的馬氏體相變，不是依靠已有馬氏體單晶的進(jìn)一步長(zhǎng)大，而是依靠形成新的馬氏體晶核，長(zhǎng)成新的馬氏體。綜上所述，把馬氏體變溫轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)歸結(jié)為變溫形成、瞬間形該(無(wú)孕育期)和高速長(zhǎng)大(長(zhǎng)到極限尺寸)。上一頁(yè)下一頁(yè)43當(dāng)前第43頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)

馬氏體轉(zhuǎn)變體積分?jǐn)?shù)f與在Ms點(diǎn)以下過(guò)冷度?T(?T＝Ms-Tq)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式：

f＝1-6.96×10-15(455-?T)5.32

(適用于碳含量接近于1.0％的碳鋼和低合金鋼)f＝1-exp[-(1.10×10-2?T)](適用于碳含量為0.37~1.1％的碳鋼)上一頁(yè)下一頁(yè)44當(dāng)前第44頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)2等溫轉(zhuǎn)變(對(duì)Fe-Ni合金)

上一頁(yè)下一頁(yè)特點(diǎn)：1）在Ms點(diǎn)以下某一溫度停留，過(guò)冷奧氏體需經(jīng)過(guò)一定的孕育期后才開(kāi)始形成馬氏體；2）隨等溫時(shí)間增長(zhǎng)，馬氏體轉(zhuǎn)變量不斷增多，即轉(zhuǎn)變量是時(shí)間的函數(shù)；圖4.19馬氏體等溫轉(zhuǎn)變IT圖45當(dāng)前第45頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)3）隨轉(zhuǎn)變溫度的降低，開(kāi)始時(shí)轉(zhuǎn)變速率增大，且孕育期減少，但到達(dá)某一轉(zhuǎn)變溫度后轉(zhuǎn)變速率反而減慢，且孕育期增長(zhǎng)。4）在任一溫度下等溫，馬氏體轉(zhuǎn)變都不能進(jìn)行到底。上一頁(yè)下一頁(yè)圖4.20馬氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)46當(dāng)前第46頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)上一頁(yè)下一頁(yè)圖4.21爆發(fā)式轉(zhuǎn)變時(shí)馬氏體轉(zhuǎn)變量與溫度的關(guān)系(3)爆發(fā)式轉(zhuǎn)變條件：

Ms<0，F(xiàn)e-Ni、Fe-Ni-C合金；特點(diǎn)：瞬間驟然發(fā)生馬氏體大量轉(zhuǎn)變，伴有響聲，并釋放出大量相變潛熱，使試樣溫度升高。

47當(dāng)前第47頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)馬氏體的慣習(xí)面為{259}γ，有明顯的中脊，顯微組織呈“Z”字形。經(jīng)過(guò)爆發(fā)式轉(zhuǎn)變后，隨溫度降低，又呈現(xiàn)為正常的變溫轉(zhuǎn)變。上一頁(yè)下一頁(yè)

原因--在｛259｝γ馬氏體的尖端有很高的應(yīng)力場(chǎng)，據(jù)此認(rèn)為，這種爆發(fā)式轉(zhuǎn)變行為是由一片馬氏體的形成在其尖端處的應(yīng)力促進(jìn)了另一片馬氏體按別的有利取向形成，即所謂“自促發(fā)”形核，以致出現(xiàn)連鎖反應(yīng)態(tài)勢(shì)，因此可以把這類(lèi)轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)歸結(jié)為自促發(fā)形核、爆發(fā)式長(zhǎng)大。48當(dāng)前第48頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)(4)表面轉(zhuǎn)變

定義：有些鋼或合金的表面在比其內(nèi)部Ms點(diǎn)高的溫度下會(huì)自發(fā)形成馬氏體，且其形態(tài)、長(zhǎng)大速度和晶體學(xué)特征均與其內(nèi)部在Ms點(diǎn)以下形成的馬氏體不同，這種只產(chǎn)生于表層的馬氏體稱(chēng)為表面馬氏體。

特征表面馬氏體：(＜30μm)是在等溫條件下形成的，其形態(tài)為條狀，長(zhǎng)大速度較慢；產(chǎn)生原因：材料自由表面不受壓應(yīng)力．而內(nèi)部受三向壓應(yīng)力，使表層相對(duì)于內(nèi)部更有利于馬氏體的形成，即表現(xiàn)出表面的Ms點(diǎn)比內(nèi)部高。49當(dāng)前第49頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)4.6馬氏體的機(jī)械性能4.6.1馬氏體的硬度和強(qiáng)度1高于A(yíng)c3或Accm淬火鋼硬度2

Ac1~Accm之間淬火鋼硬度3馬氏體的硬度亞共析鋼

如果T>Ac3→M+Ar(＜5%)鋼的硬度=M的硬度如果T在A(yíng)c3~Ac1之間→F+M+Ar鋼的硬度＜M的硬度原因：組織中存在游離的F硬度低，導(dǎo)致鋼的整體硬度下降;50當(dāng)前第50頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)1高于A(yíng)c3或Accm淬火鋼硬度2

Ac1~Accm之間淬火鋼硬度3馬氏體的硬度過(guò)共析鋼如果T>Accm→M+Ar(10~50%)鋼的硬度＜M的硬度原因：碳化物大量溶入奧氏體中，使Ms點(diǎn)下降，Ar量增多，導(dǎo)致鋼的硬度下降;51當(dāng)前第51頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)如果T在A(yíng)ccm～Ac1之間→M+Fe3C+Ar(減少)鋼的硬度不等于M的硬度，是這種組織的綜合硬度。鋼的硬度隨碳含量的變化不大。

結(jié)論

鋼的硬度取決于組織狀態(tài)，M的硬度取決于M(A)中的含碳量。1高于A(yíng)c3或Accm淬火鋼硬度2

Ac1~Accm之間淬火鋼硬度3馬氏體的硬度52當(dāng)前第52頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)馬氏體強(qiáng)化的原因

亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化

M<0.3％C→C釘扎位錯(cuò)引起固溶強(qiáng)化M>0.3％C→M中出現(xiàn)孿晶→阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)→引起附加強(qiáng)化圖2.23碳含量對(duì)碳鋼馬氏體硬度的影響上一頁(yè)下一頁(yè)53當(dāng)前第53頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)固溶強(qiáng)化

以間隙式溶入馬氏體中的過(guò)飽和碳原子將引起強(qiáng)烈地點(diǎn)陣畸變，形成以碳原子為中心的應(yīng)力場(chǎng)，這個(gè)應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)發(fā)生交互作用而使碳釘扎位錯(cuò)，故馬氏體顯著強(qiáng)化。

馬氏體中碳含量愈多，強(qiáng)化也愈大。當(dāng)碳含量超過(guò)0.4％以后，馬氏體的屈服強(qiáng)度不再隨碳含量增加而升高。這可能是由于碳原子之間的距離太近，以致相鄰碳原子所造成的應(yīng)力場(chǎng)相互抵消，使馬氏體進(jìn)一步強(qiáng)化的效果減小。

合金元素以置換式溶入馬氏體中，對(duì)點(diǎn)陣引起的畸變遠(yuǎn)不如碳強(qiáng)烈，固溶強(qiáng)化效果較小。上一頁(yè)下一頁(yè)54當(dāng)前第54頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)時(shí)效強(qiáng)化馬氏體形成后，碳及合金元素的原子向位錯(cuò)或其他晶體缺陷處擴(kuò)散偏聚或以碳化物彌散析出，釘扎位錯(cuò)，使位錯(cuò)難以運(yùn)動(dòng)引起的強(qiáng)化稱(chēng)為時(shí)效強(qiáng)化。

時(shí)效強(qiáng)化的本質(zhì)是由C原子擴(kuò)散偏聚釘扎位錯(cuò)所引起的。除上述強(qiáng)化外，原始奧氏體晶粒愈細(xì)，則馬氏體的強(qiáng)度愈高。馬氏體板條束或馬氏體片尺寸愈小，則馬氏體強(qiáng)度愈高。這是由于馬氏體相界面阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)而造成的。上一頁(yè)下一頁(yè)55當(dāng)前第55頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)綜上述得出結(jié)論：鋼的成分(主要是碳含量)和亞結(jié)構(gòu)是影響馬氏體強(qiáng)度和硬度的決定性因素。低碳馬氏體的強(qiáng)化主要依靠碳的固溶強(qiáng)化，淬火時(shí)因自回火而引起的時(shí)效強(qiáng)化亦有一定效果。隨馬氏體中碳和合金元素含量的增加，除固溶強(qiáng)化效果增大外，孿晶亞結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)化的貢獻(xiàn)也增大。上一頁(yè)下一頁(yè)56當(dāng)前第56頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)4.6.2馬氏體的塑性和韌性

馬氏體的塑性和韌性主要取決于它的亞結(jié)構(gòu)。孿晶馬氏體具有高強(qiáng)度，但韌性很差，其性能特點(diǎn)是硬而脆。主要原因:(1)孿晶亞結(jié)構(gòu)中的滑移系減少，位錯(cuò)通過(guò)孿晶形變阻力增加，易引起應(yīng)力集中；(2)在孿晶馬氏體中易產(chǎn)生顯微裂紋。馬氏體片在高速長(zhǎng)大時(shí)發(fā)生互相撞擊，或與奧氏體晶界相撞，產(chǎn)生很高的應(yīng)力場(chǎng)，而高碳片狀馬氏體本身又很脆，不能借塑性形變來(lái)松弛應(yīng)力，故產(chǎn)生顯微裂紋。57當(dāng)前第57頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)奧氏體晶粒愈粗大，則早期形成的馬氏體片就愈大，其受別的馬氏體片撞擊的機(jī)會(huì)也愈多，故顯微裂紋形成傾向愈大。奧氏體的碳含量愈高，其Ms點(diǎn)愈低，從而使形成片狀馬氏體的傾向增大，故顯微裂紋形成傾向也愈大。為防止在高碳馬氏體中出現(xiàn)顯微裂紋，常采用較低的加熱溫度和縮短保溫時(shí)間，以獲得細(xì)小的奧氏體晶粒，淬火后得到低碳隱針馬氏體。（隱針馬氏體指尺寸十分細(xì)小的馬氏體，以致在光學(xué)顯微鏡下難以辨認(rèn)其形態(tài)）58當(dāng)前第58頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)4.6.3馬氏體相變誘發(fā)塑性概念：某些合金或鋼在馬氏體相變過(guò)程中塑性增加的現(xiàn)象稱(chēng)為馬氏體相變誘發(fā)塑性。圖4.24Fe-15Cr-15Ni合金在Ms～Md溫度范圍的相變誘發(fā)塑性

位錯(cuò)馬氏體具有較高的強(qiáng)度及良好的韌性。主要原因：馬氏體板條平行生長(zhǎng)，不易相互撞擊，減少裂紋的產(chǎn)生。59當(dāng)前第59頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)鋼經(jīng)過(guò)850oC奧氏體化后，其Ms點(diǎn)為307℃，奧氏體的屈服強(qiáng)度為137MPa。當(dāng)鋼奧氏體化后在307和323℃下施加應(yīng)力，所加應(yīng)力低于鋼的屈服強(qiáng)度時(shí)，即產(chǎn)生塑性變形，且塑性隨應(yīng)力的加大而增長(zhǎng)。在307℃施加應(yīng)力時(shí)，溫度已達(dá)鋼的Ms點(diǎn)，故有馬氏體相變發(fā)生。而馬氏體相變一旦發(fā)生，即貢獻(xiàn)出塑性，所以隨應(yīng)力增長(zhǎng)，馬氏體相變?cè)趹?yīng)力誘發(fā)下不斷進(jìn)行，因而相變塑性也就不斷產(chǎn)生和增長(zhǎng)。在323℃加應(yīng)力時(shí)，雖然在Ms點(diǎn)以上，但因應(yīng)力誘發(fā)形成馬氏體，所以所呈現(xiàn)的高塑性也是由馬氏體相變引起的。0.3%C-4%Ni-1.3%Cr鋼在不同溫度下應(yīng)力和總伸長(zhǎng)率的關(guān)系60當(dāng)前第60頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)

產(chǎn)生原因：由于塑性變形而引起的局部區(qū)域的應(yīng)力集中處產(chǎn)生了應(yīng)變誘發(fā)馬氏體，而馬氏體的比容比母相大，使該處的應(yīng)力集中得到松弛，故能抑制微裂紋的擴(kuò)展，從而使塑性和韌性得到提高。在發(fā)生塑性變形的區(qū)域，有應(yīng)變誘發(fā)馬氏體的形成，隨應(yīng)變誘發(fā)馬氏體量的增多，加工硬化指數(shù)不斷增大，使已發(fā)生塑性變形的區(qū)域難于繼續(xù)發(fā)生變形，抑制了縮頸的形成，提高了均勻形變的塑性。上一頁(yè)下一頁(yè)61當(dāng)前第61頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)形成條件：研究表明，只有在殘余奧氏體含量高于30％～40％的鋼中才會(huì)表現(xiàn)出明顯的效果。

應(yīng)用：高速鋼拉刀奧氏體化后在Md~Ms溫度內(nèi)進(jìn)行熱校直。根據(jù)這一原理設(shè)計(jì)出多種相變誘發(fā)塑性鋼(即TRIP鋼)，簡(jiǎn)稱(chēng)變塑鋼，其Md＞20℃，Ms＜20℃。這樣鋼在室溫下形變時(shí)即可誘發(fā)形成馬氏體，從而誘發(fā)出塑性，使鋼獲得很高的強(qiáng)韌性。62當(dāng)前第62頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)4.7奧氏體的穩(wěn)定化

奧氏體穩(wěn)定化是指奧氏體在外界因素作用下，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了某種變化而使奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變出現(xiàn)遲滯而引起馬氏體轉(zhuǎn)變能力降低的現(xiàn)象。4.7.1奧氏體的熱穩(wěn)定化淬火冷卻時(shí)，因緩慢冷卻或在冷卻過(guò)程中暫時(shí)中斷而引起奧氏體的穩(wěn)定性的提高，使馬氏體轉(zhuǎn)變遲滯的現(xiàn)象稱(chēng)為奧氏體的熱穩(wěn)定化。上一頁(yè)下一頁(yè)63當(dāng)前第63頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)

(1)現(xiàn)象若將淬火試樣在淬火過(guò)程中于某一溫度等溫停留一定時(shí)間，再繼續(xù)冷卻時(shí)，其馬氏體轉(zhuǎn)變量與溫度的關(guān)系便會(huì)發(fā)生變化。

圖4.25Ms點(diǎn)以下奧氏體熱穩(wěn)定化現(xiàn)象64當(dāng)前第64頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)

（2）度量

奧氏體熱穩(wěn)定化程度，用滯后溫度間隔θ度量，或用少形成的馬氏體量即殘余奧氏體量的增值δ來(lái)度量。θ和δ值越大說(shuō)明奧氏體的穩(wěn)定化程度越高。

（3）規(guī)律性

產(chǎn)生熱穩(wěn)定化的必要條件：鋼中含有碳與氮。不含碳、氮的鋼一般不產(chǎn)生熱穩(wěn)定化，即使產(chǎn)生熱穩(wěn)定化，程度也很輕微；上一頁(yè)下一頁(yè)65當(dāng)前第65頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)原因-由于在適當(dāng)溫度停留的過(guò)程中，奧氏體中的N、C原子向晶體點(diǎn)陣缺陷處偏聚，并與位錯(cuò)相互作用，形成了柯氏氣團(tuán)，因而強(qiáng)化了奧氏體，使馬氏體轉(zhuǎn)變的切變阻力增大所致。

滯后溫度θ值的意義由于C、N原子釘扎位錯(cuò)，因此要求提供附加的化學(xué)驅(qū)動(dòng)力以克服C、N原子的釘扎力，為獲得這個(gè)附加的化學(xué)驅(qū)動(dòng)力所需的過(guò)冷度。上一頁(yè)下一頁(yè)66當(dāng)前第66頁(yè)\共有75頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)熱穩(wěn)定化有一上限溫度，用MC表示。在MC以上等溫停留，不產(chǎn)生熱穩(wěn)定化現(xiàn)象，只有在MC以下的溫度等溫停留或緩慢冷卻才會(huì)引起熱穩(wěn)定化；原因-若停留溫度過(guò)高，由于碳原子擴(kuò)散能力顯著增大，足以使之脫離位錯(cuò)而逸出，使柯氏氣團(tuán)破壞，以致造成穩(wěn)