熱處理原理及工藝8-2014

1、熱處理原理及工藝熱處理原理及工藝（8） 5 54 4馬氏體轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)馬氏體轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)一、馬氏體轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)條件一、馬氏體轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)條件1 1、相變驅(qū)動(dòng)力、相變驅(qū)動(dòng)力l馬氏體轉(zhuǎn)變與其它類型的轉(zhuǎn)變有馬氏體轉(zhuǎn)變與其它類型的轉(zhuǎn)變有許多不同之處，但仍然是熱學(xué)性的，許多不同之處，但仍然是熱學(xué)性的，即即相變的驅(qū)動(dòng)力仍是相變的驅(qū)動(dòng)力仍是馬氏體與母相馬氏體與母相之間的自由能之差之間的自由能之差。l馬氏體轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)條件是必須馬氏體轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)條件是必須在在一定的過冷度下一定的過冷度下轉(zhuǎn)變才能進(jìn)行。轉(zhuǎn)變才能進(jìn)行。 通常把通常把Ms與與T0之差稱為之差稱為馬氏體馬氏體轉(zhuǎn)變的熱滯轉(zhuǎn)變的熱滯A A與與MM自由能隨

2、溫度的變化自由能隨溫度的變化lMsMs的物理意義的物理意義 母相和馬氏體兩相之間的自由能之差達(dá)到相變所需的最母相和馬氏體兩相之間的自由能之差達(dá)到相變所需的最小驅(qū)動(dòng)力值時(shí)的溫度。小驅(qū)動(dòng)力值時(shí)的溫度。馬氏體轉(zhuǎn)變熱滯馬氏體轉(zhuǎn)變熱滯代表所需的驅(qū)動(dòng)代表所需的驅(qū)動(dòng)力，取決于力，取決于馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)增加的馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)增加的界面能界面能（M/AM/A界面共格，故較?。┙缑婀哺?，故較小）和和彈性能彈性能之和。其中之和。其中彈性能是主彈性能是主要影響因素。要影響因素。熱滯熱滯的大小，視合金的種類和合的大小，視合金的種類和合金的成份而異，金的成份而異，F(xiàn)eFe系合金的熱滯系合金的熱滯可高達(dá)可高達(dá)200200以上以上，

3、而有的合金，而有的合金，其熱滯僅十幾度到幾十?dāng)z氏度，其熱滯僅十幾度到幾十?dāng)z氏度，例如：例如：Au-Cd、Ag-Cd。逆轉(zhuǎn)變與冷卻時(shí)的剛好相反，需逆轉(zhuǎn)變與冷卻時(shí)的剛好相反，需過熱度過熱度，逆轉(zhuǎn)變是在升溫過程中，逆轉(zhuǎn)變是在升溫過程中進(jìn)行的。進(jìn)行的。 As與與Ms之差視合金的之差視合金的種類不同而不同。種類不同而不同。 為什么鋼的馬氏體相變所以熱滯如此之大？為什么鋼的馬氏體相變所以熱滯如此之大？ 一般相變理論的能量方程一般相變理論的能量方程 G=-GV+GS+GE 相變相變驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力來自于來自于M與與A的單位體積自由能之差，的單位體積自由能之差，相變阻力相變阻力來自：來自： （1）形成新的界面而消

4、耗）形成新的界面而消耗界面能界面能GGS S （2）彈性能彈性能GE主要分以下幾方面：主要分以下幾方面：因新相與母相因新相與母相比體積不同比體積不同和和維持切變維持切變而引起的彈性應(yīng)變而引起的彈性應(yīng)變能。能。產(chǎn)生產(chǎn)生宏觀均勻切變宏觀均勻切變而作的功。而作的功。產(chǎn)生產(chǎn)生微觀不均勻切變微觀不均勻切變而在馬氏體內(nèi)形成的高密度位錯(cuò)或而在馬氏體內(nèi)形成的高密度位錯(cuò)或?qū)\晶所消耗的能量。孿晶所消耗的能量。近鄰近鄰?qiáng)W氏體基體發(fā)生的協(xié)作形變奧氏體基體發(fā)生的協(xié)作形變而作的功。而作的功。 馬氏體相變熱滯大是由于馬氏體相變熱滯大是由于切變特性而引起切變特性而引起額外能量消耗額外能量消耗造造成的。成的。 2 2、T T0

5、 0、MsMs、AsAs之間的關(guān)系：之間的關(guān)系： T0、Ms、As都是合金都是合金成成分的函數(shù)分的函數(shù)，不同的合金系，不同的合金系A(chǔ)s-Ms 之差不同，例如，之差不同，例如，F(xiàn)e-Ni合金中合金中As較較Ms高高420，Au-Cd合金中合金中As較較Ms僅高僅高16。3 3、形變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變、形變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變l 實(shí)驗(yàn)證明：實(shí)驗(yàn)證明：l Ms和和As之間的溫度差可以因?yàn)橐胨苄宰冃味鴾p小。之間的溫度差可以因?yàn)橐胨苄宰冃味鴾p小。l 如果在如果在MMs s點(diǎn)以上對(duì)奧氏體進(jìn)行塑性變形點(diǎn)以上對(duì)奧氏體進(jìn)行塑性變形會(huì)誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)會(huì)誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變而引起變而引起MMs s點(diǎn)升高達(dá)到點(diǎn)升高達(dá)到MMd d點(diǎn)點(diǎn)

6、, ,同樣塑性變形也可以使同樣塑性變形也可以使As下下降到降到Ad點(diǎn)。點(diǎn)。l Md d, Ad d分別稱為分別稱為形變馬氏體點(diǎn)和形變奧氏體點(diǎn)形變馬氏體點(diǎn)和形變奧氏體點(diǎn)。因?yàn)樾巫?。因?yàn)樾巫冋T發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的馬氏體誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的馬氏體,常稱為常稱為形變馬氏體形變馬氏體,同樣形變同樣形變誘發(fā)馬氏體逆轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的奧氏體，稱為誘發(fā)馬氏體逆轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的奧氏體，稱為形變奧氏體形變奧氏體。lMd、Ad點(diǎn)的物理意義點(diǎn)的物理意義: :l Md 可可獲得形變馬氏體的獲得形變馬氏體的最高溫度最高溫度, ,若在高于若在高于M Md d點(diǎn)的溫點(diǎn)的溫度對(duì)度對(duì) A 進(jìn)行塑性變形，就會(huì)失去誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變的作用。進(jìn)行

7、塑性變形，就會(huì)失去誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變的作用。l Ad d點(diǎn)的物理意義是可點(diǎn)的物理意義是可獲得形變奧氏體的最低溫度獲得形變奧氏體的最低溫度。l 馬氏體相變的熱力學(xué)，馬氏體相變的熱力學(xué)，Md d的上限溫度為的上限溫度為T0 ，而，而Ad d的的下限溫度也為下限溫度也為T0。實(shí)驗(yàn)證明實(shí)驗(yàn)證明,Co-Ni合金中合金中Md d和和Ad d可以重可以重合合,即即 Md d=Ad d=T0。如果某合金系中。如果某合金系中Md d和和Ad d不重合時(shí)不重合時(shí),則可則可取：?。?T0=1/2(Md d+Ad d)。形變能為相變提供一定的能量形變能為相變提供一定的能量如果形變能量與化學(xué)驅(qū)動(dòng)力如果形變能量與化學(xué)驅(qū)動(dòng)力相

8、互作用，能夠達(dá)到相變所需相互作用，能夠達(dá)到相變所需的最小驅(qū)動(dòng)力，則相變就可以的最小驅(qū)動(dòng)力，則相變就可以提前發(fā)生。形變所提供的能量，提前發(fā)生。形變所提供的能量，稱為稱為機(jī)械驅(qū)動(dòng)力機(jī)械驅(qū)動(dòng)力。若機(jī)械驅(qū)動(dòng)力可全部代替化若機(jī)械驅(qū)動(dòng)力可全部代替化學(xué)驅(qū)動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)力,Md點(diǎn)已上升到點(diǎn)已上升到T0 ，但這要求一種合適的變形方式但這要求一種合適的變形方式,以提供足夠的機(jī)械驅(qū)動(dòng)力。以提供足夠的機(jī)械驅(qū)動(dòng)力。l形變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變的原因形變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變的原因: :1 1、奧氏體化學(xué)成份的影響、奧氏體化學(xué)成份的影響（1 1）碳的影響）碳的影響二、影響鋼二、影響鋼MsMs點(diǎn)的因素點(diǎn)的因素（2 2）合金元素的影響）合金元素

9、的影響l 一般規(guī)律：一般規(guī)律：鋼中常見的合鋼中常見的合金元素，除金元素，除AlAl和和CoCo可以提高可以提高M(jìn)sMs外外，其它合金元素均使其它合金元素均使Ms Ms 降低降低。l 降低降低Ms點(diǎn)的元素，按其影點(diǎn)的元素，按其影響的強(qiáng)烈順序排列如下：響的強(qiáng)烈順序排列如下：Mn、Cr、Ni、Mo、Cu、W、V、Til 鋼中單獨(dú)加入鋼中單獨(dú)加入Si 時(shí)，對(duì)時(shí)，對(duì)Ms影影響不大，但是在響不大，但是在Ni-Cr鋼中可以鋼中可以降低鋼的降低鋼的Ms點(diǎn)。點(diǎn)。Ms=A-x1C-x2Mn-x3Ni-x4Cr.l 合金元素的影響合金元素的影響MsMs點(diǎn)的點(diǎn)的原因：原因： 主要取決于合金元素對(duì)主要取決于合金元素對(duì)平

10、衡溫度平衡溫度T T0 0的影響的影響及及對(duì)奧氏體的強(qiáng)對(duì)奧氏體的強(qiáng)化效應(yīng)化效應(yīng)。u 凡凡強(qiáng)烈降低強(qiáng)烈降低T T0 0及強(qiáng)化奧氏體的元素，就強(qiáng)烈降低及強(qiáng)化奧氏體的元素，就強(qiáng)烈降低MsMs ，如如Mn、Cr、Ni、Cu和和C類似，既降低類似，既降低T0溫度，又稍增加奧溫度，又稍增加奧氏體的屈服強(qiáng)度，所以降低氏體的屈服強(qiáng)度，所以降低Ms點(diǎn)。點(diǎn)。u Al、Co、Si、Mo、W、V、Ti等均等均提高提高T T0 0溫度溫度，但也不，但也不同程度地增加奧氏體屈服強(qiáng)度，同程度地增加奧氏體屈服強(qiáng)度，若若提高提高T T0 0的作用大時(shí)，則使的作用大時(shí)，則使MsMs點(diǎn)升高點(diǎn)升高，如，如Al、Co ；若強(qiáng)化奧氏體的

11、作用大時(shí)，則使若強(qiáng)化奧氏體的作用大時(shí)，則使MsMs點(diǎn)降低點(diǎn)降低；若兩方面作用大致相當(dāng)若兩方面作用大致相當(dāng)時(shí)，則對(duì)時(shí)，則對(duì)Ms的影響不大，如的影響不大，如Si 。2 2、奧氏體化條件對(duì)、奧氏體化條件對(duì)MsMs的影響的影響 一般，不完全奧氏體化，提高一般，不完全奧氏體化，提高加熱溫度和保溫時(shí)間，加熱溫度和保溫時(shí)間，將使奧氏體中碳和合金元素含量增加，將使奧氏體中碳和合金元素含量增加，使使MsMs降低降低 完全奧氏體化條件下，溫度高時(shí)間長(zhǎng)，將因馬氏體相完全奧氏體化條件下，溫度高時(shí)間長(zhǎng)，將因馬氏體相變阻力減小，使變阻力減小，使Ms有所提高（約在幾度到幾十度范圍內(nèi)）有所提高（約在幾度到幾十度范圍內(nèi)）3 3

12、、冷卻速度的影響、冷卻速度的影響基本條件：基本條件：冷卻速度冷卻速度v臨臨時(shí)，奧氏體才能過冷到時(shí)，奧氏體才能過冷到Ms點(diǎn)以下轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體為馬氏體。l在一般在一般生產(chǎn)條件生產(chǎn)條件下，冷卻速度對(duì)下，冷卻速度對(duì)MsMs無影響無影響。l若進(jìn)一步提高冷速，則若進(jìn)一步提高冷速，則Ms點(diǎn)也會(huì)發(fā)生變化。如對(duì)于點(diǎn)也會(huì)發(fā)生變化。如對(duì)于Fe-0.5C-2.05Ni合金，當(dāng)冷卻速度超過合金，當(dāng)冷卻速度超過104s 時(shí)，時(shí)，Ms點(diǎn)才將上升點(diǎn)才將上升原因：原因：l正常淬火條件下正常淬火條件下，C C原子偏聚傾向隨溫度降低原子偏聚傾向隨溫度降低擴(kuò)散能力減弱而逐漸增大，其對(duì)擴(kuò)散能力減弱而逐漸增大，其對(duì)A A有強(qiáng)化作

13、用有強(qiáng)化作用, , Ms降低；降低；而而A A中中C C降低，降低，MsMs升高升高。 故故Ms穩(wěn)定穩(wěn)定l冷速極快時(shí)，則抑制了冷速極快時(shí)，則抑制了“碳原子氣團(tuán)碳原子氣團(tuán)”的形成，的形成，使使A弱化，降低弱化，降低M相變阻力，相變阻力，Ms。l冷速足夠大時(shí)，氣團(tuán)被完全抑制，冷速足夠大時(shí)，氣團(tuán)被完全抑制，Ms點(diǎn)不再點(diǎn)不再隨冷速變化。隨冷速變化。、形變的影響、形變的影響 在在Md 、Ms之間對(duì)奧氏體進(jìn)行塑性變形，可使之間對(duì)奧氏體進(jìn)行塑性變形，可使Ms升升高，馬氏體轉(zhuǎn)變提前發(fā)生。高，馬氏體轉(zhuǎn)變提前發(fā)生。獲得相同的獲得相同的MM轉(zhuǎn)變量，形變溫度越低，需要的形變量越小轉(zhuǎn)變量，形變溫度越低，需要的形變量越小

14、5 5、應(yīng)力的影響、應(yīng)力的影響l 單向的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力都促進(jìn)馬氏體轉(zhuǎn)變，使單向的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力都促進(jìn)馬氏體轉(zhuǎn)變，使Ms升高。升高。l 多向壓應(yīng)力阻礙馬氏體轉(zhuǎn)變，使多向壓應(yīng)力阻礙馬氏體轉(zhuǎn)變，使Ms降低。降低。6 6、磁場(chǎng)的影響、磁場(chǎng)的影響 磁場(chǎng)的存在可使磁場(chǎng)的存在可使Ms升高升高，在相同溫度，在相同溫度下下馬氏體轉(zhuǎn)變量馬氏體轉(zhuǎn)變量增加，增加，但磁場(chǎng)對(duì)但磁場(chǎng)對(duì)Ms以下的轉(zhuǎn)以下的轉(zhuǎn)變行為無影響。變行為無影響。5 55 5 馬氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)馬氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué) 形核形核 和和 長(zhǎng)大長(zhǎng)大一、馬氏體的降溫形成（變溫瞬時(shí)形核、瞬時(shí)長(zhǎng)大）一、馬氏體的降溫形成（變溫瞬時(shí)形核、瞬時(shí)長(zhǎng)大） 碳鋼和低合金鋼中最常見的一種

15、馬氏體轉(zhuǎn)變。碳鋼和低合金鋼中最常見的一種馬氏體轉(zhuǎn)變。 1. 1.動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)l 多數(shù)多數(shù)MM轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變必須在連續(xù)不斷的降溫過程中才能進(jìn)行，瞬時(shí)必須在連續(xù)不斷的降溫過程中才能進(jìn)行，瞬時(shí)形核，瞬時(shí)長(zhǎng)大，形核后以形核，瞬時(shí)長(zhǎng)大，形核后以極大的速度極大的速度長(zhǎng)大到極限尺寸，長(zhǎng)大到極限尺寸，l 相變時(shí)相變時(shí)MM量的增加量的增加是由于降溫過程中是由于降溫過程中新馬氏體片的形成新馬氏體片的形成，而不是已有而不是已有M片的長(zhǎng)大。等溫停留轉(zhuǎn)變立即停止。片的長(zhǎng)大。等溫停留轉(zhuǎn)變立即停止。2.2.變溫瞬時(shí)形核、瞬時(shí)長(zhǎng)大變溫瞬時(shí)形核、瞬時(shí)長(zhǎng)大 原原 因因： （1）相變的驅(qū)動(dòng)力很大相變的驅(qū)動(dòng)力很大：相變時(shí)過冷度大：

16、相變時(shí)過冷度大（2）長(zhǎng)大激活能很?。洪L(zhǎng)大激活能很?。厚R氏體長(zhǎng)大過程中馬氏體長(zhǎng)大過程中界面移動(dòng)勢(shì)壘很界面移動(dòng)勢(shì)壘很低低，而且，原子只需作，而且，原子只需作不超過一個(gè)原子間距不超過一個(gè)原子間距的近程遷移。的近程遷移。馬氏體長(zhǎng)大速度極快，可以認(rèn)為馬氏體長(zhǎng)大速度極快，可以認(rèn)為相變速度僅取決于成相變速度僅取決于成核率核率，而與長(zhǎng)大速度無關(guān)。馬氏體片一般在，而與長(zhǎng)大速度無關(guān)。馬氏體片一般在1010-4-41010-7-7s s時(shí)間內(nèi)即長(zhǎng)大到極限尺寸。時(shí)間內(nèi)即長(zhǎng)大到極限尺寸。3.3.馬氏體的降溫馬氏體的降溫 形成形成 過程過程 影響因素影響因素 （1）降溫形成）降溫形成MM的轉(zhuǎn)變量的轉(zhuǎn)變量主要取決于冷卻所達(dá)

17、到的溫度主要取決于冷卻所達(dá)到的溫度，與時(shí)間無關(guān)與時(shí)間無關(guān)，即，即Ms以下的深冷程度，以下的深冷程度，等溫保持時(shí)轉(zhuǎn)變一般等溫保持時(shí)轉(zhuǎn)變一般不再進(jìn)行不再進(jìn)行。 （2）奧氏體的化學(xué)成份對(duì)）奧氏體的化學(xué)成份對(duì)Ms有很大影響，但對(duì)有很大影響，但對(duì)M轉(zhuǎn)變動(dòng)轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)的影響幾乎完全是通過力學(xué)的影響幾乎完全是通過Ms點(diǎn)起作用，點(diǎn)起作用，在在MsMs以下的以下的轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變過程過程不隨不隨A A成份成份發(fā)生顯著變化發(fā)生顯著變化。 （3）冷卻速度冷卻速度對(duì)對(duì)Ms以下的以下的轉(zhuǎn)變過程有明顯的影響轉(zhuǎn)變過程有明顯的影響。只。只要是在要是在M轉(zhuǎn)變完成之前，轉(zhuǎn)變完成之前，緩慢冷卻，或冷卻中斷緩慢冷卻，或冷卻中斷，都會(huì)引都會(huì)引起

18、起MM轉(zhuǎn)變遲滯，導(dǎo)致轉(zhuǎn)變遲滯，導(dǎo)致MM轉(zhuǎn)變溫度下降、轉(zhuǎn)變溫度下降、MM轉(zhuǎn)變量減少。這轉(zhuǎn)變量減少。這種現(xiàn)象種現(xiàn)象稱為稱為A A穩(wěn)定化穩(wěn)定化。 （4）影響）影響MsMs點(diǎn)和點(diǎn)和MM轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)過程轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)過程的一切因素都會(huì)的一切因素都會(huì)影影響響到轉(zhuǎn)變結(jié)束后到轉(zhuǎn)變結(jié)束后殘余奧氏體殘余奧氏體數(shù)量的多少數(shù)量的多少，例如：化學(xué)成份，例如：化學(xué)成份對(duì)對(duì)Ms有顯著影響，導(dǎo)致室溫下有顯著影響，導(dǎo)致室溫下殘余奧氏體量殘余奧氏體量的巨大差異。的巨大差異。l 每增加每增加1%1%合金元素時(shí)殘余奧氏體量的變化合金元素時(shí)殘余奧氏體量的變化 C Mn Cr Ni Mo W Si Co Al +50 +20 +11 +10

19、+9 +8 +6 -3 -4l 碳含量碳含量對(duì)對(duì)殘余奧氏體殘余奧氏體的影響十分顯著，的影響十分顯著，一般認(rèn)為淬火一般認(rèn)為淬火鋼鋼C%C%大于大于0.4%0.4%后后就應(yīng)考慮就應(yīng)考慮殘余奧氏體殘余奧氏體對(duì)對(duì)性能性能的影響的影響。l 奧氏體化溫度、冷卻速度和外加應(yīng)力奧氏體化溫度、冷卻速度和外加應(yīng)力等對(duì)殘余奧氏體等對(duì)殘余奧氏體量也都有影響，可定性地歸納如下：量也都有影響，可定性地歸納如下： 因因 素素 A A 多多 A A 少少 C% 高碳高碳 低碳低碳 A化溫度化溫度 高溫高溫 低溫低溫 淬火冷卻淬火冷卻 油冷油冷 水冷水冷 MsMf之間冷卻之間冷卻 緩冷緩冷 急冷急冷 應(yīng)應(yīng) 力力 壓應(yīng)力壓應(yīng)力

20、拉應(yīng)力拉應(yīng)力二、馬氏體的爆發(fā)式轉(zhuǎn)變（自觸發(fā)形核、瞬時(shí)長(zhǎng)大）二、馬氏體的爆發(fā)式轉(zhuǎn)變（自觸發(fā)形核、瞬時(shí)長(zhǎng)大）l 一些一些MsMs低于低于0 0合金合金冷到冷到MsMs以下一定溫度時(shí)，在一瞬間，以下一定溫度時(shí)，在一瞬間，可劇烈地形成大量的可劇烈地形成大量的M M，形成的，形成的M M稱為稱為爆發(fā)馬氏體爆發(fā)馬氏體l 爆發(fā)爆發(fā)M首先在首先在Fe-NiFe-Ni、Fe-Ni-CFe-Ni-C等合金等合金的的淬火研究中淬火研究中發(fā)現(xiàn)的。發(fā)現(xiàn)的。直線部分為爆發(fā)式轉(zhuǎn)變，隨后隨降溫又表現(xiàn)為正常的變溫轉(zhuǎn)變直線部分為爆發(fā)式轉(zhuǎn)變，隨后隨降溫又表現(xiàn)為正常的變溫轉(zhuǎn)變l 爆發(fā)式轉(zhuǎn)變特點(diǎn)：爆發(fā)式轉(zhuǎn)變特點(diǎn)： 爆發(fā)式轉(zhuǎn)變有一爆發(fā)式

21、轉(zhuǎn)變有一固定的轉(zhuǎn)變溫度固定的轉(zhuǎn)變溫度，用，用Mb表示，表示，MbMs，一次爆發(fā)中形成，一次爆發(fā)中形成一定數(shù)量的一定數(shù)量的M； 轉(zhuǎn)變中轉(zhuǎn)變中伴有響聲伴有響聲，轉(zhuǎn)變時(shí)急劇，轉(zhuǎn)變時(shí)急劇放出相變潛熱放出相變潛熱，引起，引起試樣溫度升高。試樣溫度升高。 在合適的條件下，一次爆發(fā)轉(zhuǎn)變量可超過在合適的條件下，一次爆發(fā)轉(zhuǎn)變量可超過70%，溫，溫度可上升度可上升30。l爆發(fā)式轉(zhuǎn)變爆發(fā)式轉(zhuǎn)變 組織形態(tài)組織形態(tài)：M的慣習(xí)面為的慣習(xí)面為259，有明顯的中脊，有明顯的中脊，顯微組織呈顯微組織呈“Z”形。形。l爆發(fā)式轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)特征：爆發(fā)式轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)特征：形核形核由轉(zhuǎn)變開始時(shí)形成的由轉(zhuǎn)變開始時(shí)形成的第一片第一片MM觸發(fā)形成

22、觸發(fā)形成，稱為，稱為自促發(fā)形核自促發(fā)形核即即一片一片慣習(xí)面為慣習(xí)面為259的的M形成后形成后，可以在周圍的其它，可以在周圍的其它259面面上上造成很高的應(yīng)力造成很高的應(yīng)力，促進(jìn)新的，促進(jìn)新的259M形成，是一種鏈鎖式的轉(zhuǎn)形成，是一種鏈鎖式的轉(zhuǎn)變過程，轉(zhuǎn)變速度極快，一變過程，轉(zhuǎn)變速度極快，一次完全的爆發(fā)約需次完全的爆發(fā)約需10-410-3s。l影響爆發(fā)轉(zhuǎn)變量的因素：影響爆發(fā)轉(zhuǎn)變量的因素： 晶界晶界具有位向差不規(guī)則的特點(diǎn)，成為爆發(fā)轉(zhuǎn)變傳遞的具有位向差不規(guī)則的特點(diǎn)，成為爆發(fā)轉(zhuǎn)變傳遞的障礙障礙。因此，因此，細(xì)晶粒材料中爆發(fā)轉(zhuǎn)變量將受到晶界的限制細(xì)晶粒材料中爆發(fā)轉(zhuǎn)變量將受到晶界的限制，在同樣的，在同樣的

23、Mb溫度下，溫度下，細(xì)晶粒鋼細(xì)晶粒鋼的的爆發(fā)轉(zhuǎn)變量較少爆發(fā)轉(zhuǎn)變量較少。三、馬氏體的三、馬氏體的等溫形成等溫形成（等溫形核、瞬時(shí)長(zhǎng)大）（等溫形核、瞬時(shí)長(zhǎng)大） M的等溫轉(zhuǎn)變最早是在的等溫轉(zhuǎn)變最早是在0.7%C、6.5%Mn、2%Cu的的Mn-Cu鋼中發(fā)現(xiàn)的，目前已發(fā)現(xiàn)在許多鋼中都有存在著鋼中發(fā)現(xiàn)的，目前已發(fā)現(xiàn)在許多鋼中都有存在著M的等溫的等溫轉(zhuǎn)變。如，轉(zhuǎn)變。如，F(xiàn)e-Ni-Mn、Fe-Ni-Cr、高碳高、高碳高M(jìn)n鋼、鋼、GCr15、W18Cr4V等。等。Fe-23.2%Ni-3.62%Mn合金的馬氏合金的馬氏體等溫轉(zhuǎn)變體等溫轉(zhuǎn)變“C”曲線曲線Fe-Ni-Cr合金馬氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線合金馬氏體

24、等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線(25.7%Ni,2.95%Cr)nMM等溫形成特點(diǎn)：等溫形成特點(diǎn)：（1）形核需要一定的）形核需要一定的孕育期孕育期，形核率，形核率隨過冷度增大，先隨過冷度增大，先增后減，增后減，動(dòng)力學(xué)曲線動(dòng)力學(xué)曲線具有具有S S形形，等溫形成圖等溫形成圖具有具有C C字形字形，符合一般的熱激活形核規(guī)律。符合一般的熱激活形核規(guī)律。（2 2）等溫轉(zhuǎn)變等溫轉(zhuǎn)變不能進(jìn)行到底不能進(jìn)行到底，只能有一部分，只能有一部分A A可以等溫可以等溫轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镸M。 （3）一般一般M核形成后的長(zhǎng)大速度極快，且能長(zhǎng)大到極核形成后的長(zhǎng)大速度極快，且能長(zhǎng)大到極限尺寸，其限尺寸，其轉(zhuǎn)變量轉(zhuǎn)變量同樣取決于形核率同樣取決于

25、形核率，而與長(zhǎng)大速度無關(guān)而與長(zhǎng)大速度無關(guān)，但但轉(zhuǎn)變量與等溫時(shí)間有關(guān)，隨等溫時(shí)間延長(zhǎng)轉(zhuǎn)變量增加轉(zhuǎn)變量與等溫時(shí)間有關(guān)，隨等溫時(shí)間延長(zhǎng)轉(zhuǎn)變量增加。 有些材料，有些材料，轉(zhuǎn)變量的增加轉(zhuǎn)變量的增加，既可以是，既可以是已有已有M片的長(zhǎng)大片的長(zhǎng)大，也可以是也可以是等溫形成的新等溫形成的新M。 例如：例如：1.4%C、1.4%Cr的高碳軸承鋼，當(dāng)殘余的高碳軸承鋼，當(dāng)殘余A量較少量較少（40%）時(shí)，等溫）時(shí)，等溫M的形成主要是已有的形成主要是已有M片的繼續(xù)長(zhǎng)大；片的繼續(xù)長(zhǎng)大；當(dāng)殘余當(dāng)殘余A量較多（大于量較多（大于50%）時(shí)，則以重新形核長(zhǎng)大為主。）時(shí)，則以重新形核長(zhǎng)大為主。高碳軸承鋼馬氏體的等溫長(zhǎng)大高碳軸承鋼馬

26、氏體的等溫長(zhǎng)大 1.4%C,1.4%Cr,Ms=112 ,先淬至室溫再上先淬至室溫再上淬至淬至100等溫等溫12小時(shí)小時(shí) 800高碳軸承鋼馬氏體的等溫形成高碳軸承鋼馬氏體的等溫形成1.4%C,1.4%Cr,浮凸，直接淬至浮凸，直接淬至100等溫等溫10小時(shí)小時(shí) 800四、表面馬氏體四、表面馬氏體l表面馬氏體：表面馬氏體：在在稍稍高于高于MsMs點(diǎn)的溫度下等溫點(diǎn)的溫度下等溫，在試樣，在試樣表面層表面層形成形成M，其，其組織形態(tài)、形成速率、晶體學(xué)特征都和組織形態(tài)、形成速率、晶體學(xué)特征都和Ms點(diǎn)溫度以下試樣內(nèi)部形成的點(diǎn)溫度以下試樣內(nèi)部形成的M不同，這種不同，這種只產(chǎn)生于表面層的只產(chǎn)生于表面層的MM稱

27、為稱為“表面馬氏體表面馬氏體”。l特點(diǎn)特點(diǎn) ： 表面表面M的形成，是一種的形成，是一種等溫轉(zhuǎn)變等溫轉(zhuǎn)變，形核需要孕育期，但長(zhǎng)大速，形核需要孕育期，但長(zhǎng)大速度極慢，慣習(xí)面為度極慢，慣習(xí)面為112，位向關(guān)系為西山關(guān)系，組織形態(tài)為，位向關(guān)系為西山關(guān)系，組織形態(tài)為條狀條狀。l形成的原因形成的原因：表面層與心部的表面層與心部的受力狀態(tài)不同受力狀態(tài)不同是引起表面馬氏體形成的主是引起表面馬氏體形成的主要因。要因。心部受三向約束，使馬氏體形成困難心部受三向約束，使馬氏體形成困難，而，而表面層所受約束較小表面層所受約束較小，因此，因此，表面層的表面層的MsMs點(diǎn)比心部的點(diǎn)比心部的MsMs高高，因此引發(fā)了表面層在

28、整體，因此引發(fā)了表面層在整體Ms點(diǎn)稍點(diǎn)稍高的溫度范圍內(nèi)發(fā)生了馬氏體轉(zhuǎn)變，形成了表面馬氏體。高的溫度范圍內(nèi)發(fā)生了馬氏體轉(zhuǎn)變，形成了表面馬氏體。五、奧氏體的穩(wěn)定化五、奧氏體的穩(wěn)定化 指在外界因素的作用下，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了某種指在外界因素的作用下，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了某種變化而使變化而使向轉(zhuǎn)變呈現(xiàn)遲滯向轉(zhuǎn)變呈現(xiàn)遲滯的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。 根據(jù)引起穩(wěn)定化的原因不同，分為根據(jù)引起穩(wěn)定化的原因不同，分為化學(xué)穩(wěn)定化、化學(xué)穩(wěn)定化、熱穩(wěn)定化熱穩(wěn)定化機(jī)械穩(wěn)定化機(jī)械穩(wěn)定化。1 1、熱穩(wěn)定化、熱穩(wěn)定化（）現(xiàn)象（）現(xiàn)象 淬火冷卻時(shí)，因淬火冷卻時(shí)，因緩慢冷卻或緩慢冷卻或在冷卻過程中等溫停留在冷卻過程中等溫停留而引起而引起穩(wěn)定性

29、提高，而使穩(wěn)定性提高，而使轉(zhuǎn)變遲滯轉(zhuǎn)變遲滯的的現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為奧氏體的熱穩(wěn)定化奧氏體的熱穩(wěn)定化。再。再繼續(xù)冷卻，其轉(zhuǎn)變量與溫度的繼續(xù)冷卻，其轉(zhuǎn)變量與溫度的關(guān)系便會(huì)發(fā)生變化。關(guān)系便會(huì)發(fā)生變化。( () )度量度量 熱穩(wěn)定化程度熱穩(wěn)定化程度通常是用通常是用滯后滯后溫度間隔溫度間隔（=T=TA A-M-Ms s）度量，也可以用度量，也可以用少形成的量少形成的量（M1 1M2 2）度量。度量。( () )規(guī)律規(guī)律）產(chǎn)生熱穩(wěn)定化的）產(chǎn)生熱穩(wěn)定化的必要條件是鋼中含有與；必要條件是鋼中含有與；）熱穩(wěn)定化有一）熱穩(wěn)定化有一上限溫度上限溫度，用，用表示；表示； 在以上停留，并不產(chǎn)生熱穩(wěn)定化現(xiàn)象，在以上停留，并不

30、產(chǎn)生熱穩(wěn)定化現(xiàn)象，只有在只有在以下的溫度停留或緩慢冷卻才會(huì)引起熱穩(wěn)定化以下的溫度停留或緩慢冷卻才會(huì)引起熱穩(wěn)定化。對(duì)于不同的對(duì)于不同的鋼種，鋼種，McMc可以低于可以低于MsMs，也可以高于，也可以高于MsMs。3）影響熱穩(wěn)定化的因素）影響熱穩(wěn)定化的因素 已轉(zhuǎn)變的量越已轉(zhuǎn)變的量越多，多，等溫等溫停留停留時(shí)所產(chǎn)生的時(shí)所產(chǎn)生的熱穩(wěn)定化程度越大熱穩(wěn)定化程度越大；因?yàn)橐岩驗(yàn)橐研纬傻男纬傻腗M對(duì)周圍對(duì)周圍A A的機(jī)械的機(jī)械作用作用促進(jìn)了促進(jìn)了A熱穩(wěn)定化的發(fā)展。熱穩(wěn)定化的發(fā)展。 在在一定的溫度一定的溫度下，下，等溫等溫保持保持的的時(shí)間越長(zhǎng)時(shí)間越長(zhǎng)，則達(dá)到的，則達(dá)到的穩(wěn)定化穩(wěn)定化程度先增后減，當(dāng)減到一定數(shù)值程

31、度先增后減，當(dāng)減到一定數(shù)值后不再減小，達(dá)到穩(wěn)定值后不再減小，達(dá)到穩(wěn)定值； 等溫溫度越高等溫溫度越高，達(dá)到達(dá)到最大穩(wěn)最大穩(wěn)定化程度定化程度的的時(shí)間越短時(shí)間越短，若在若在以下以下等溫溫度越等溫溫度越高高，淬，淬熱穩(wěn)定化程度越高熱穩(wěn)定化程度越高，淬火后獲得淬火后獲得的量越少。的量越少。4）反穩(wěn)定化現(xiàn)象）反穩(wěn)定化現(xiàn)象 某些材料，將已經(jīng)某些材料，將已經(jīng)穩(wěn)定化的穩(wěn)定化的A加熱到加熱到一定一定溫度以上溫度以上時(shí)，熱穩(wěn)定化時(shí)，熱穩(wěn)定化現(xiàn)象會(huì)下降甚至消失，現(xiàn)象會(huì)下降甚至消失，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為反穩(wěn)定化反穩(wěn)定化現(xiàn)象現(xiàn)象。( () )熱穩(wěn)定化熱穩(wěn)定化機(jī)機(jī) 制制 由于由于、原子在、原子在適當(dāng)?shù)臏囟认逻m當(dāng)?shù)臏囟认?/p>

32、向點(diǎn)陣缺陷處偏聚向點(diǎn)陣缺陷處偏聚，釘扎位錯(cuò)，強(qiáng)化了釘扎位錯(cuò)，強(qiáng)化了，使，使M轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變的切變阻力切變阻力增大增大所致。所致。l M轉(zhuǎn)變滯后溫度間隔轉(zhuǎn)變滯后溫度間隔值值的意義的意義 由于、原子由于、原子釘扎位錯(cuò)釘扎位錯(cuò)，而要求提供，而要求提供附加的化學(xué)附加的化學(xué)驅(qū)動(dòng)力以克服、原子的釘扎力驅(qū)動(dòng)力以克服、原子的釘扎力，為獲得這個(gè)附加的，為獲得這個(gè)附加的化學(xué)驅(qū)動(dòng)力化學(xué)驅(qū)動(dòng)力所需要的過冷度，即為所需要的過冷度，即為值值。塑性變形對(duì)塑性變形對(duì)Fe-18Cr12Ni合金合金M轉(zhuǎn)變量的影響轉(zhuǎn)變量的影響M為為形變形變A在液氮中處理在液氮中處理的的M量量；M0為為未形變未形變A在在液氮中處理的液氮中處理的M量量2

33、 2、機(jī)械穩(wěn)定化、機(jī)械穩(wěn)定化u在在以上以上，對(duì)進(jìn)行塑性變形，對(duì)進(jìn)行塑性變形，當(dāng)當(dāng)形變量足夠大形變量足夠大時(shí)可以使隨后的轉(zhuǎn)時(shí)可以使隨后的轉(zhuǎn)變困難，變困難，s點(diǎn)降低，殘余增多。點(diǎn)降低，殘余增多。這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為的機(jī)械穩(wěn)定化。的機(jī)械穩(wěn)定化。u 在在d以下變形，可以誘發(fā)以下變形，可以誘發(fā)M轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變，但但形變量足夠大形變量足夠大對(duì)對(duì)未轉(zhuǎn)變未轉(zhuǎn)變的的也有機(jī)也有機(jī)械穩(wěn)定化作用。械穩(wěn)定化作用。 少量的塑性變形有促進(jìn)轉(zhuǎn)變的作少量的塑性變形有促進(jìn)轉(zhuǎn)變的作用，用，只有在較大的變形量的情況下只有在較大的變形量的情況下才才會(huì)引起的穩(wěn)定化作用。會(huì)引起的穩(wěn)定化作用。塑性變形溫度越高，形變量越大，塑性變形溫度越高，

34、形變量越大，機(jī)械穩(wěn)定化效應(yīng)越大機(jī)械穩(wěn)定化效應(yīng)越大1誘發(fā)相變，誘發(fā)相變，1機(jī)械穩(wěn)定化機(jī)械穩(wěn)定化 塑性變形塑性變形對(duì)對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生產(chǎn)生兩種截然相反的效應(yīng)兩種截然相反的效應(yīng)的原因：的原因： 在于在于變形在母相中造成了不同的缺陷組態(tài)變形在母相中造成了不同的缺陷組態(tài)l當(dāng)當(dāng)形變量小形變量小時(shí)，往往使時(shí)，往往使奧氏體中奧氏體中層錯(cuò)層錯(cuò)增多增多，同時(shí)在，同時(shí)在晶晶界和孿晶界處因生成界和孿晶界處因生成位錯(cuò)網(wǎng)和胞狀結(jié)構(gòu)位錯(cuò)網(wǎng)和胞狀結(jié)構(gòu)而出現(xiàn)更多的而出現(xiàn)更多的彈性應(yīng)力集中彈性應(yīng)力集中的部位，這些缺陷組態(tài)的存在有利于馬的部位，這些缺陷組態(tài)的存在有利于馬氏體形核，彈性應(yīng)力的存在將氏體形核，彈性應(yīng)力的存在將促發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變促發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變。l當(dāng)當(dāng)形變量大形變量大時(shí)，奧氏體中將形成時(shí)，奧氏體中將形成大量高密度位錯(cuò)區(qū)和大量高密度位錯(cuò)區(qū)和亞晶界亞晶界，破壞母相和馬氏體核胚之間的共格關(guān)系破壞母相和馬氏體核胚之間的共