第04章 马氏体转变

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1、钢的热处理（原理与工艺）第四章马氏体转变马氏体转变的应用可追溯到战国时越期。我们的祖先当时已经知道，将钢王加热到高温后淬入水或油中急冷可提勾高钢的硬度。经过淬火后的钢制宝剑践可“削铁如泥”。但当时并不清楚淬火剑硬化的机理。直到19世纪金相显微镜的发明，人们才清楚，钢在加热和冷却过程中内部组织发生了变化，因而引起了钢性能的变化。为了纪念著名的德国冶金学家AdolphMartens，将钢淬火后得到的高硬度相称为马氏体，因此将获得马氏体的转变过程称为马氏体转变。马氏体转变是相变研究领域最多姿多彩的一个分支。§§4-14-1．马氏体的晶体结构和转变特点．马氏体的晶体结构和转变特点一、

2、马氏体的晶体结构�最初在多数的碳钢、合金钢及其它铁合金中发现;根据钢的成分不同，马氏体可能有体心立方(bcc)、体心正方(bct)和体心斜方(bcp)三种晶格，统称为α马氏体(αM)。�用X射线研究Fe-Mn合金时发现了ε马氏体或六方马氏体；�上世纪60年代初期，在Fe-Mn钢中发现ε′马氏体；�1965年,对单晶体低温X射线研究时,发现一种名为k′的马氏体。这种马氏体只存在于低温，加热时会转变为αM；�到上世纪70年代初期，在Fe-6Mn-1C钢中当马氏体由-196℃升至-140℃时，发现一种具有六层结构的马氏体,命名为φ相。它极a不稳定,只要每两层中做一个[112]的移动

3、,就可变成k′相。6可见,根据钢成分及热处理条件的不同,马氏体具有ε′、ε、φ、k′和α五种。其中α为这些钢中马氏体转变的最终产物。由前面可知，根据钢的成分和热处理条件的不同，马氏体的晶体结构也有所不同：1）α马氏体(αM)可能有体心立方(bcc)、体心正方(bct)和体心斜方(bcp)三种晶格；2）ε马氏体或六方马氏体具有密排六方晶格(hcp)；3）ε’马氏体具有18层的菱面体晶格，属于一种密排结构；4）k’的马氏体也具有体心立方或体心斜方晶格；5）φ相具有六层结构马氏体是C和合金元素在α-Fe中的过饱和固溶体。C溶入bcc点阵的α-Fe中时会1引起较大的点阵畸变。C原子在

4、[001]位置2呈择优分布,造成bcc点阵被畸变为体心正方(bct)结构。碳原子在α-Fe中的位置有两种可能:八面体和四面体间隙。已经证实,在室温马氏体晶格模型及碳的位置以上,碳原子择优占据c(或z)轴上的八面体间隙,从而使c轴拉长,同时a轴缩短。c/a称为马氏体的正方度或轴比。c/a=1.005+0.045xx为C质量分数）而晶格常数：a=a0-βx；c=a0+αx实际上，wc＜0.2%的Fe-C马氏体具有体心立方结构；而wc＞0.2%时的马氏体为体心正方结构。wc对钢γ和αM点阵常数的影响二、反常马氏体碳原子在α-Fe三组八面体间隙的分布有三种情形：1）概率相等，即呈无序

5、分布，则马氏体应为立方点阵；2）同处于一组空隙，即呈有序分布，则点阵的正方度最大；3）大部分处于某一空隙，而小部分处于另两组空隙，即部分有序分布，其正方度有所下降。正方度的反常现象：发现于Fe-Mn-C合金在低温下形成的马氏体。解释：应用碳原子在马氏体点阵中的分布情况解释。三、马氏体转变的特点1、表面浮凸效应和切变共格性;出现表面浮凸效应说明马氏体转变是通过切变方式进行的;同时,新相与母相间保持共格关系。马氏体形成时表面浮凸示意图共格界面的界面能较小，但弹性应变能较大。因此,随着马氏体的形成,其周围奥氏体点阵中将产生一定的弹性应变,导致应变能的产生,并且,这种应变能随马氏体尺

6、寸增大而增大。马氏体形成时在其周围奥氏体点阵中引起的应变场(示意图)马氏体中的表面浮凸×6502、无扩散性首先,马氏体转变是通过奥氏体的均匀切变实现的,因此,马氏体与原奥氏体的成分完全一致;其次,马氏体可以在极低的温度下形成,并仍有较大的生长速度,不可能依靠扩散来进行。注意：马氏体转变的无扩散性是指合金中置换原子无扩散,而间隙原子仍可能扩散。但间隙原子的扩散不是马氏体转变的主要过程和必要条件,因此仍称其为无扩散性转变。3、具有特定的位向关系和惯习面1）位向关系马氏体与原奥氏体之间存在严格的晶体学位向关系，常见的有以下几种：K-S(Kurdjumov-Sachs)关系:{111

7、}γ∥{011}α′;<110>γ∥<111>α′西山(Nishiyama)关系:{111}γ∥{011}α′;<112>γ∥<110>α′钢中马氏体在(111)γ晶面上形成时可能的6种不同K-S关系G-T(Greninger-Troiano)关系(与K-S关系相近):{111}γ∥{011}α′差1°<110>γ∥<111>α′差2°！！以上各关系中α′为bct体心正方马氏体。西山关系与K-S关系的比较2）惯习面马氏体转变有惯习面,在此为新旧相界面。惯习面为不畸变平面,或称不变平面。即在转变过程中它不