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1、钛合金中的马氏体相变杨金文2012730047一、马氏体-马氏体概念马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中发现的：将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。最先由德国冶金学家AdolfMartens(1850-1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中发现。马氏体的三维组织形态通常有片状(plate)或者板条状(lath)，片状马氏体在金相观察中（二维）通常表现为针状（needle-shaped），这也是为什么在一些地方通常描述为针状、竹叶状的原因，板条状马氏体在金相观察中为细
2、长的条状或板状。奥氏体中含碳量≥1%的钢淬火后，马氏体形态为片状马氏体，当奥氏体中含碳量≤0.2%的钢淬火后，马氏体形状基本为板条马氏体。马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT）。中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一，同时马氏体的脆性也比较高。二、其他金属中的马氏体相变20世纪以来，对钢中 马氏体相变的特征累积了较多的知识，又相继发现在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变，如：Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、A
3、u-Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。目前广泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体。三、钛合金中的马氏体相变3.1钛的同素异构转变钛具有同素异构转变，在882.5℃以下为具有密排六方晶体结构的α-Ti，其晶格常熟c、a分别为0.46849nm和0.29511nm。在882.5℃以上具有提心立方晶体结构的β-Ti，其晶格常数a为0.33065nm。α-Ti↔β-Ti的转变温度称为β相变点，高纯钛的β相变点是882.5℃，单对成分十分敏感，该温度是制订钛合金热加工工艺规范的一个重
4、要参数3.2钛合金马氏体相变的原理高纯钛在缓冷退火后，获得多面的α组织，如果自高温快速冷却，将发生马氏体转变，晶界变得不完整且呈锯齿状。钛合金自高温快速冷却时，视合金成分的不同，β相可转变为马氏体（α‘或者α“）、ω相或者过冷β相，在快速冷却过程中，由于从β相转变为α相的过程来不及进行，β相将转变为成分与母相相同、晶体结构不同的过饱和固溶体，即马氏体。在钛合金中经常加入的合金元素有Al、Sn、Zr、V、Mo、Mn、Fe、Cr、Cu、Si等,其中Al、Sn、Zr加入后将扩大α相区,使β相变点升高,称为α稳定元素。其它元素加
5、入后将缩小α相区(扩大β相区),使β相变点降低,称为β稳定元素。在发生马氏体相变时，不发生原子扩散，仅发生β相原子集体的、有规律的近程迁移，迁移距离较大时形成α‘，迁移距离较小时形成α“。β、α‘和α“之间的晶体结构如下图所示：图1面心立方的β相(a)、密排六方的α‘(或α“)(b)及斜方的α“(c)的结晶构造之间的关系α‘有两种组织形态:合金元素浓度较低，呈块状,在电镜下呈板条状,在板状马氏体内部存在高密度位错。合金元素浓度较高时,α‘呈针状组织,在针状马氏体内部存在大量孪晶。α“则呈更细的针状组织,在电镜下可以观察到
6、密集的孪晶结构。马氏体转变开始温度Ms和终止温度Mf取决于合金的化学成分。一般说来,合金中的β稳定元素浓度越高,则相变过程中晶格重构的阻力越大,相变所需的过冷度也越大,Ms和Mf越低。从右图图可知：当β稳定元素的浓度达到临界值C0与C1时，合金的Ms点和Mf点分别达到室温。图2Ms和Mf的关系3.3钛合金相变马氏体的特点钛合金的马氏体相变属无扩散型相变,在相变过程中不发生原子扩散,只发生晶格重构。它具有马氏体相变的所有特点。动力学特点：转变无孕育期;瞬间形核长大,转变速度极快,每个马氏体瞬间长到最终尺寸;恒温转变量极少,
7、主要在不断冷却中增加体积分数。切变特点:马氏体转变是晶体切变过程,在切变过程中完成晶格重构。晶体学特点:马氏体晶格与母相β相之间存在严格取向关系,而且马氏体总是沿着β相的一定晶面形成。热力学特点:马氏体转变的阻力很大,转变时需要较大的过冷度,而且马氏体转变只能在越来越低的温度下进行。与钢铁中的马氏体相变相比,钛合金的马氏体相变有以下特点:马氏体与母相的晶体学取向不同,马氏体惯析面也不相同;转变产物既可能是马氏体,也可能是另一种过饱和固溶体ω相;马氏体和ω相均是合金元素在α相中的过饱和代位固溶体,而不是间隙固溶体;马氏体强
8、化效果远不及钢铁材料;钛合金的马氏体条或马氏体片比钢铁中的马氏体粗大,马氏体的亚结构也有较大的区别。THANKYOU!
