材料科学基础(相变)4.ppt

耿 林 哈尔滨工业大学 材料科学与工程学院 4.1 钢中马氏体的晶体结构 4.1 钢中马氏体的晶体结构 4.1 钢中马氏体的晶体结构 4.1 钢中马氏体的晶体结构 4.1 钢中马氏体的晶体结构 4.1 钢中马氏体的晶体结构 4.2 马氏体相变的主要特点 4.2 马氏体相变的主要特点 4.2 马氏体相变的主要特点 4.2 马氏体相变的主要特点 4.3 钢中马氏体的组织形态 4.3 钢中马氏体的组织形态 4.3 钢中马氏体的组织形态 4.3 钢中马氏体的组织形态 4.4 马氏体转变的热力学条件 * * 材料科学基础 （材料相变原理） 第4章 马氏体转变 钢经过奥氏体化后，快速冷却到珠光体转变温度以下，不发生珠光体转变，在较低的温度下发生非扩散型相变，称为马氏体相变。 马氏体相变是钢中最主要的相变，是钢热处理强化的重要手段。 凡相变的基本特征属于马氏体型的转变产物都称为马氏体。 本章主要内容包括：马氏体的晶体结构、组织形态、转变特点、转变机理、热力学、动力学、强化机理和性能特点。 第4章 马氏体转变 一、马氏体的点阵结构与碳原子的分布： 奥氏体是面心立方晶体结构，其正八面体间隙尺寸较大，因此碳原子占据奥氏体中的正八面体间隙所产生的畸变能较小，因此奥氏体对碳原子的溶解度较高，在1148℃时可以达到2.11％。所以在奥氏体状态下，钢中的碳可以全部溶入奥氏体，形成稳定固溶体。 间隙半径是原子半径的0.414倍 第4章 马氏体转变 一、马氏体的点阵结构与碳原子的分布： 铁素体是体心立方晶体结构，其八面体间隙尺寸在一个方向上较小，导致碳原子占据铁素体中扁八面体间隙时，产生较大的极性畸变能，因此铁素体对碳原子的溶解度较低，在727℃时可以达到0.0218％。所以在铁素体状态下，钢中大多数碳不能溶入铁素体，否则将形成不稳定的过饱和固溶体。 间隙半径是原子半径的0.154倍 第4章 马氏体转变 一、马氏体的点阵结构与碳原子的分布： 马氏体转变是在较低的温度进行的，转变时铁原子和碳原子都不能扩散，铁原子从奥氏体的面心立方晶格相铁素体的体心立方晶格的转变是依靠非扩散的共格切变来完成，但碳原子不能从铁原子的晶格中扩散出去，而被过饱和地固溶在铁素体中，形成了过饱和的α-Fe固溶体，这就是马氏体。 从上面分析看出，马氏体应该是具有体心立方晶体结构，但实际上马氏体的晶体结构是体心正方。 第4章 马氏体转变 一、马氏体的点阵结构与碳原子的分布： 马氏体体心立方晶体的八面体间隙可以分成三组，每一组中的间隙位置加入碳原子后，都使一个方向的晶格参数被拉长。如果80％的碳原子都占据三组中的一组，则体心立方点阵的一个轴被拉长，称为体心正方晶体。这就是马氏体是体心正方结构的原因。 X Y Z 第4章 马氏体转变 二、马氏体的点阵常数与碳含量的关系： 既然马氏体的体心正方结构是由于碳原子的特殊分布造成的，体心正方结构的c轴一定大于a轴和b轴。c轴和a轴晶格常数之比为马氏体的正方度(c/a)。 随碳含量提高，马氏体的点阵常数中c线性增大，a线性降低，c/a线性增大。 一般来说，碳含量低于0.25%的板条马氏体的正方度接近1，为体心立方结构。 合金元素对马氏体的正方度几乎没有影响。 马氏体的点阵常数与碳含量的关系 第4章 马氏体转变 三、新生马氏体的异常正方度： 一些新生马氏体的正方度与碳含量的关系不符合理论计算结果。 有的与计算结果相比非常低，称为异常低正方度，其原因可能是碳原子在三个亚点阵中无序分布，导致abc各不相等，形成正交点阵。 有的与计算结果相比非常高，称为异常高正方度，其原因可能是碳原子全部占据某一个亚点阵，这时a＝b，形成正方点阵。 四、马氏体中的点阵畸变： 马氏体中的八面体间隙是扁八面体间隙，间隙半径只有0.019nm，而碳原子半径为0.077nm。所以碳原子溶入后使铁原子间隙短轴方向间距拉长36％，另外两个方向收缩4％，并产生非常严重的非对称畸变，称为畸变偶极，形成强烈的应力场。 第4章 马氏体转变 一、切变共格和表面浮凸现象： 奥氏体向马氏体晶体结构的转变是靠切变进行的，由于切变使相界面始终保持共格关系，因此称为切变共格。 由于切变导致在抛光试样表面在马氏体相变之后产生凸起，即表面浮凸现象。 二、马氏体转变的无扩散性： 原子不发生扩散，但发生集体运动，原子间相对运动距离不超过一个原子间距，原子相邻关系不变。 转变过程不发生成分变化，但却发生了晶体结构的变化。 转变温度很低，但转变速度极快。 第4章 马氏体转变 三、具有一定的位向关系和惯习面： 位向关系： K-S关系：{111}γ//{011}α’，{101}α’//{111}γ，可有24种取向 西山关系：{111}γ//{011}α’，{110}α’//{211}γ，可有12种取向 惯习面： 随碳含量提