材料结构与性能 第四章 马氏体相变及形状记忆合金.ppt

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1、第四章马氏体相变及形状记忆合金内容马氏体相变共析转变形状记忆合金及其应用马氏体相变在很小范围内发生原子相当激烈的重排在很大范围内原子发生轻微的重排一级相变二级相变按热力学分固态相变的分类按原子迁移情况分扩散型相变非扩散型相变按相变方式分钢：含碳量小于2％并含有某些其他元素的铁碳合金。合金：指由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。组成合金的基本的独立的物质称为组元。组元可以是金属和非金属元素，也可以是化合物。固态下所形成的合金相基本上可分为固溶体和中间相两大类。固溶体：是以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶人其他组

2、元原子（溶质原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型。分为置换固溶体和间隙固溶体两种。铁的两种晶体结构：体心立方结构（存在于两个温度范围内，912℃以上称α铁，1394℃以上称δ铁）；面心立方结构（存在于912～1394℃之间，称γ铁）碳在钢中的两种主要存在形式：溶入铁中与铁形成固溶体；另一是与铁形成铁碳化合物，称渗碳体（Fe3C）。碳溶于α铁中形成的固溶体称铁素体；溶于γ铁中形成的固溶体称奥氏体，其最大溶解度为2.11％。共析碳钢C曲线图过冷奥氏体等温转变曲线(C曲线)珠光体转变贝氏体转变马氏体转变共析转变（珠光体转变）从固溶体母相中以相互

3、协作的方式生长为结构、成分均不同于母相的两个新固相。γβ＋α形成铁素体、渗碳体交替分布的片层状共析组织，由于其经抛光、侵蚀后在光学显微镜下的形态而得名珠光体。片状珠光体的片层间距和珠光体团示意图珠光体转变示意图马氏体转变的发展过程早在战国时代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)的方法可以提高钢的硬度，经过淬火的钢制宝剑可以“削铁如泥”。十九世纪未期，人们才知道钢在“加热和冷却”过程中内部相组成发生了变化，从而引起了钢的性能的变化。为了纪念在这一发展过程中做出杰出贡献的德国冶金学家AdolphMartens，法国著名的冶金学家Osmond建

4、议将钢经淬火所得高硬度相称为“马氏体”，并因此将得到马氏体相的转变过程称为马氏体转变。MartensiteM—马氏体十九世纪未到二十世纪初主要局限于研究钢中的马氏体转变及转变所得产物—马氏体。二十世纪三十年代，人们用X射线结构分析的方法测得钢中马氏体是碳溶于α-Fe而形成的过饱和固溶体，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中的过饱和固溶”。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”。四十年代前后，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

5、冷却过程中发生的马氏体转变；同时也观察到了在加热过程中所发生的马氏体转变。由于这一新的发现，人们不得不把马氏体的定义修定为：“在冷却过程中所发生马氏体转变所得产物统称为马氏体”。把以晶格畸变为主的位移型无扩散相变统称为马氏体相变。马氏体转变的主要特性（一）马氏体转变的非恒温性马氏体转变有一上限温度，这一温度称为马氏体转变的开始温度，也称为马氏体点，Ms表示。不同的材料Ms是不同的。马氏体转变还有一个下限温度，用Mf，当奥氏体过冷到Mf以下时转变也不能再进行了。称为马氏体转变的下限温度或马氏体终了点。也就是说马氏体转变是在Ms—Mf之间进行的。一般钢材的Mf都低于

6、室温，在生产中为了获得更多的马氏体，常采用深冷到室温以下的处理工艺，这种工艺方法称为冷处理。（二）马氏体转变的切变共格和表面浮凸现象马氏体转变时能在预先磨光的试样表面上形成有规则的表面浮凸。这说明马氏体的形成与母相奥氏体的宏观切变密切相关。下图是三种不变平面应变，图中的C)既有膨胀又有切变，钢中马氏体转变即属于这一种。显然，界面上的原子排列规律既同于马氏体，也同于奥氏体，这种界面称为共格界面。（三）马氏体转变的无扩散性马氏体转变只有点阵改组而无成份变化，转变时原子做有规律的整体迁移，每个原子移动的距离不超过一个原子间距，且原子之间的相对位置不发生变化。1、一些具

7、有有序结构的合金发生马氏体转变后有序结构不发生变化；2、Fe-C合金奥氏体向马氏体转变后，C原子的间隙位置保持不变；3、马氏体转变可以在相当低的温度范围内进行，且转变速度极快。例如：Fe-C、Fe-Ni合金，在-20~-196℃之间一片马氏体形成的时间约5×10-5─5×10-7秒。（四）马氏体转变的位向关系及惯习面奥氏体转变为马氏体时，新旧两相之间保持着严格的晶体学位向关系，马氏体的不变平面被称为马氏体的惯习面，以平行于此面的母相的晶面指数表示。（五）马氏体转变的可逆性冷却时高温相可以转变为马氏体，加热时马氏体可以逆转变为高温相，而且转变都是以马氏体转变方式进

8、行的。与Ms—Mf相对应