馬氏體的轉(zhuǎn)變

第五節(jié)

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馬氏體轉(zhuǎn)變一、馬氏體轉(zhuǎn)變的基本特征1、轉(zhuǎn)變不需要擴散

馬氏體轉(zhuǎn)變只有點陣改組而無成份變化，轉(zhuǎn)變時原子做有規(guī)律的整體遷移，每個原子移動的距離不超過一個原子間距，且原子之間的相對位置不發(fā)生變化。

1、一些具有有序結(jié)構(gòu)的合金發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變后有序結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化；2、Fe-C合金奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變后，C原子的間隙位置保持不變；3、馬氏體轉(zhuǎn)變可以在相當?shù)偷臏囟确秶鷥?nèi)進行，且轉(zhuǎn)變速度極快。例如：Fe-C、Fe-Ni合金，在-20~-196℃之間一片馬氏體形成的時間約5×10-5─5×10-7

秒2、切變主導型點陣畸變式轉(zhuǎn)變點陣畸變式轉(zhuǎn)變：通過均勻的應變把一種點陣轉(zhuǎn)變稱為另一種點陣。點陣畸變方式有以下幾種：（1）簡單切變；（2）簡單膨脹和壓縮；（3）既有膨脹、又有切變馬氏體轉(zhuǎn)變以第三種為主。

顯然，界面上的原子排列規(guī)律既同于馬氏體，也同于奧氏體，這種界面稱為共格界面。但不變平面可以是相界面，也可以不是相界面。3、轉(zhuǎn)變時的動力學和生成相形貌轉(zhuǎn)變過程中產(chǎn)生的彈性應變能控制二、馬氏體轉(zhuǎn)變的晶體學1、表面浮凸現(xiàn)象和慣習面

馬氏體轉(zhuǎn)變時能在預先磨光的試樣表面上形成有規(guī)則的表面浮凸。這說明馬氏體的形成與母相奧氏體的宏觀切變密切相關。

奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時，新舊兩相之間保持著嚴格的晶體學位向關系，馬氏體的不變平面被稱為馬氏體的慣習面，以平行于此面的母相的晶面指數(shù)表示。2、晶體學取向關系

馬氏體轉(zhuǎn)變的晶體學特征是馬氏體與母相之間存在著一定的位向關系。在鋼中已觀察到到的有K—S關系、西山關系和G—T關系。（1）K—S關系

{110}αˊ∥{111}γ；<111>αˊ∥<110>γ[-111](110)(111)[-101]

按K-S關系，馬氏體在奧氏體中共有24種不同的空間取向。（2）西山關系{110}αˊ∥{111}γ；<110>αˊ∥<112>γ

按西山關系，馬氏體在奧氏體中只有12種不同的空間取向。K—S關系與西山關系的關系（3）G—T關系{110}αˊ∥{111}γ差1°<111>αˊ∥<110>γ差2°3、馬氏體的組織形態(tài)及亞結(jié)構(gòu)

根據(jù)馬氏體的形狀，可將馬氏體分為板條狀馬氏體和片狀馬氏體。（1）、板條狀馬氏體

板條馬氏體是低、中碳鋼，馬氏體時效鋼，不銹鋼等鐵系合金中形成的一種典型的馬氏體組織。低碳鋼中的典型馬氏體組織如下圖：

顯微組織：

馬氏體呈板條狀，一束束排列在原奧氏體晶粒內(nèi)。對某些鋼因板條不易浸蝕顯現(xiàn)出來，而往往呈塊狀，所以有時也稱為塊狀馬氏體，又因為這種馬氏體的亞結(jié)構(gòu)主要為位錯，也常稱之為位錯型馬氏體，這種馬氏體是由許多板條群組成的，也稱為群集狀馬氏體。

在一個板條群內(nèi)各板條的尺寸大致相同，這些板條呈大致平行且方向一定的排列。

晶體學特征

慣習面為(111)γ，晶體學位向關系符合K-S關系。

由平行排列的板條馬氏體組成的較大區(qū)域稱為板條群。在一個原奧氏體晶粒內(nèi)可以包含幾個這樣的板條群，通常為3—5個。一般情況下奧氏體晶粒尺寸的變化，對板條群的數(shù)量無影響，只能改變板條群的尺寸。

同色調(diào)區(qū)是由位向相同的馬氏體板條組成的，稱為同位向束。

同位向束內(nèi)馬氏體板條是以小角度晶界相間的，而同們位向束之間則是以大角度晶界相間的。

亞結(jié)構(gòu)

亞結(jié)構(gòu)主要是高密度的位錯纏結(jié)構(gòu)成的位錯胞，位錯密度可高達0.3～0.9×1012/cm2，板條邊緣有少量孿晶。從亞結(jié)構(gòu)對材料性能而言，孿晶不起主要作用。（2）、片狀馬氏體

常見于淬火高、中碳鋼及高Ni的Fe-Ni合金中，是鐵系合金中出現(xiàn)的另一種典型的馬氏體組織。

顯微組織

典型的馬氏體組織形態(tài)見下圖所示：

馬氏體片大小不一，馬氏體片間不平行，互成一定夾角，第一片馬氏體形成時慣穿整個奧氏體晶粒，后形成的馬氏體片逐漸變小，即馬氏體形成時具有分割奧氏體晶粒的作用。因此，馬氏體片的大小取決于奧氏體晶粒的大小。

在馬氏體片中常能看到明顯的中脊，關于中脊的形成規(guī)律目前尚不清楚。

晶體學特征

慣習面(225)γ位向關系為K—S關系

慣習面(259)γ位向關系為西山關系，可以爆發(fā)形成，馬氏體片有明顯的中脊。

亞結(jié)構(gòu)

片狀馬氏體的主要亞結(jié)構(gòu)是孿晶，這是片狀馬氏體的重要特征。孿晶的間距大約為50?，一般不擴展到馬氏體片的邊界上，在馬氏體片的邊緣則為復雜的位錯組列。一般認為，這種位錯是沿[111]αˊ方向呈點陣狀規(guī)則排列的螺型位錯。片狀馬氏體內(nèi)的相變孿晶一般是(112)αˊ孿晶，也發(fā)現(xiàn)(110)αˊ孿晶和(112)αˊ孿晶混生的現(xiàn)象，方向為[11-1]αˊ。

不同的片狀馬氏體內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)是不同的,可以將其分為以中脊為中心的相變孿晶區(qū)和無孿晶區(qū)。孿晶區(qū)所占比例與馬氏體的形成溫度有關,形成溫度越低,相變孿晶區(qū)所占比例越大。（3）、其它類型的馬氏體①蝶狀馬氏體（人字形或角狀馬氏體）

本世紀六十年代初首先在Fe-30%Ni的合金中發(fā)現(xiàn)的,近年在Fe-C合金中也觀察到了這種形態(tài)馬氏體。

立體外形呈V形柱狀，橫截面呈蝶狀，兩翼之間的夾角一般為136o，兩翼的慣習面為（225）γ而兩翼相交的結(jié)合面為{100}γ。與奧氏體的位向關系為K-S關系，亞結(jié)構(gòu)為高密度的位錯，無孿晶。

形成溫度介于板條馬氏體與片狀馬氏體之間，形態(tài)特征和性能也介于兩者之間。②薄板狀馬氏體

這種馬氏體是在Ms點低于-100℃的Fe-Ni-C合金中觀察到的，是一種厚度約為3～10μm的薄板形馬氏體，三維單元形貌很象方形薄板，與試樣磨面相截得到寬窄一致的平直帶狀，帶可以相互交叉，呈現(xiàn)曲折、分杈等特異形態(tài)。

慣習面為（259）γ，位向關系為K-S關系，亞結(jié)構(gòu)為(112)αˊ孿晶，無位錯，無中脊。

隨轉(zhuǎn)變溫度降低，轉(zhuǎn)變進行時，即有新馬氏體的不斷形成，同時也有舊馬氏體的不斷增厚。三、馬氏體轉(zhuǎn)變熱力學1、臨界驅(qū)動力和轉(zhuǎn)變溫度馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界化學驅(qū)動力形變誘發(fā)馬氏體：對奧氏體施加外力，在奧氏體發(fā)生塑性交形的同時形成的馬氏體。2、形核馬氏體轉(zhuǎn)變有形核、長大階段。四、馬氏體轉(zhuǎn)變動力學1、變溫馬氏體轉(zhuǎn)變：

當奧氏體被過冷到MS以下某一溫度時，在該溫度下能夠形成的馬氏體在其核形成的瞬間即可形成，而新核的繼續(xù)形成則需依靠進一步的降溫．

馬氏體的生長有“熱彈’’型和“爆發(fā)”型；

2、等溫馬氏體轉(zhuǎn)變

晶核的形成有孕育期，形核率隨過冷度的增加而先增后減。

核形成后的長大速率仍極快，且長大到一定尺寸后同樣不再長大，這種轉(zhuǎn)變的動力學同樣取決于形核率