金属学与热处理重点之总结

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1、第四章马氏体转变概述钢经奥氏体化后，快速冷却，抑制其扩散性分解，在较低温度下发生的转变，为马氏体转变。马氏体转变是钢件热处理强化的主要手段之一。因此，马氏体转变理论的研究与热处理实践有着十分密切的关系。早在战国时期，人们已经知道可以用淬火，即将钢加热到高温后淬入水或油中急冷的方法提高钢的硬度。经过淬火的钢制宝剑可以“削铁如泥”。但是在当时，对于淬火能提高钢的硬度的本质还不清楚。直到十九世纪未期，人们才知道，钢在加热与冷却过程中，内部相组成发生了变化，因而引起了钢的性能的改变。为了纪念在这一发展过程中作出

2、杰出贡献的德国冶金学家AdolphMartens（阿道夫，马顿斯），法国著名的冶金学家Osmond（奥斯门德）建议将钢经淬火所得高硬度相称为马氏体，并因此而将得到马氏体相的转变过程称为马氏体转变。马氏体的英文名称为-Martensite，常用M表示。由于钢在生产上得到了最广泛的应用以及马氏体转变最先在钢的淬火过程中发现，因此，在十九世纪未，二十世纪初对马氏体的研究，主要局限于研究钢中的马氏体转变及转变所得的马氏体。二十世纪三十年代，人们用X射线结构分析方法测得钢中马氏体是C溶于α-Fe而形成的过饱和固溶

3、体。马氏体中的固溶碳即原奥氏体中的固溶碳。因此，曾一度认为所谓马氏体即碳在α-Fe中的过饱和间隙固溶体。对于马氏体转变的研究，初期着重于了解马氏体转变与钢中其它转变的不同点，正是由于观察到了一系列不同于其它转变的特点，曾经有人认为马氏体转变与其它转变不同，是一个由快冷造成的内应力场所引起的切变过程。四十年代后，在Fe-Ni、Fe-Mn合金以及许多有色金属及合金中也发现了马氏体转变。不仅观察到了冷却过程中发生的马氏体转变，还观察到了加热过程中所发生的马氏体逆转变。新观察到的马氏体转变的特征和钢中马氏体转变

4、的特征相似，基于这一新的发现，人们不得不把马氏体的定义修正为：凡相变的基本特征属于马氏体型的产物统称为马氏体。六十年代以来，由于电子显微镜技术的发展，揭示了马氏体的精细结构，使人们对马氏体的成分、组织结构和性能之间的关系有了比较清晰的概念，对马氏体的形成规律也有了进一步的了解。97在此期间，在了解了马氏体转变和其它转变不同点的基础上又进一步了解了马氏体转变和其它转变的共同点。由于确定了马氏体转变与一般固态转变之间的一系列共同特征，使我们有可能从固态相变的一般规律来考虑马氏体转变，而在马氏体转变进行的条件

5、中去寻求马氏体转变与一般固态转变不同点的原因。近年来，由于实验技术的进一步发展，使我们对马氏体的结构及马氏体转变的特征，又有了进一步的了解，对许多现象的认识也有了很大的进步，并因此而推动了热处理新工艺及新材料的发展。其中，最为脍炙人口的是，在热弹性马氏体的基础上发展起来的形状记忆合金。但是，我们应当看到，转变时成分不发生改变，仅仅是点阵发生改组，这种貌似简单的马氏体转变是相当复杂的。目前还有许多问题很不清楚，还有待于人们进一步研究。4.1钢中马氏体的晶体结构4.1.1马氏体的晶体结构图4－7奥氏体与马氏

6、体点阵常数和碳含量的关系一、马氏体的晶格类型Fe-C合金的马氏体是C在α-Fe中的过饱和间隙固溶体。X-射线衍射分析证实，马氏体具有体心正方点阵（点阵常数之间的关系为：a=b≠c，α=β=γ=90°c/a-称为正方度）。人们通过X-射线衍射分析法，测定不同碳含量马氏体的点阵常数，得出c、a及c/a与钢中碳含量成线性关系，由图7可见，随钢中碳含量升高，马氏体点阵常数c增大，a减小，正方度c/a增大。图中aγ为奥氏体的点阵常数。马氏体的点阵常数和钢中碳含量的关系也可用下列公式表示：图4－8奥氏体a)与马氏体

7、b)的点阵结构及溶于其中的碳原子所在的位置式中a0为α-Fe的点阵常数，a0=2.861Å；α=0.116±0.002；β=0.113±0.002；γ=0.046±0.001；ρ—马氏体的碳含量（重量百分数）。97显然，系数α和β的数值确定着C原子在α-Fe点阵中引起的局部畸变。上式所表示的马氏体点阵常数和碳含量的关系，长期以来，曾为大量研究工作所证实，并且发现这种关系对合金钢也是适用的。马氏体的正方度c/a，甚至已被成功地作为马氏体碳含量定量分析的依据。二、碳原子在马氏体点阵中的位置及分布C原子在中α

8、-Fe可能存在的位置是铁原子构成体心立方点阵的八面体间隙位置中心。在单胞中就是各边中央和面心位置，如图4－8所示。体心立方点阵的八面体间隙是一扁八面体，其长轴为a，短轴为c。根据计算，α-Fe中的这个间隙在短轴方向上的半径仅0.19Å，而C原子的有效半径为0.77Å。因此，在平衡状态下，C在α-Fe中的溶解度极小（0.006%）。一般钢中马氏体的碳含量远远超过这个数值。因此，势必引起点阵发生畸变。图4－9中只指出了C原子可能占据的位置，而并