第8章-材料亞穩(wěn)態(tài)

1、材料科學基礎(chǔ)12021/2/11第第8 8章章 材料的亞穩(wěn)態(tài)材料的亞穩(wěn)態(tài)8.18.1 納米晶材料納米晶材料8.28.2 準晶態(tài)材料準晶態(tài)材料8.38.3 非晶態(tài)材料非晶態(tài)材料8.4 8.4 固態(tài)相變形成的亞穩(wěn)相固態(tài)相變形成的亞穩(wěn)相 研究亞穩(wěn)態(tài)的意義研究亞穩(wěn)態(tài)的意義n材料的材料的穩(wěn)定態(tài)穩(wěn)定態(tài)是是指其體系自由能最低時的平衡狀態(tài)指其體系自由能最低時的平衡狀態(tài)。但。但由于種種因素由于種種因素,材料會材料會以高于平衡態(tài)時自由能的狀態(tài)存在以高于平衡態(tài)時自由能的狀態(tài)存在,即處于一種非平衡的即處于一種非平衡的亞穩(wěn)態(tài)亞穩(wěn)態(tài)。n同一化學成分的材料同一化學成分的材料,其亞穩(wěn)態(tài)時的性能不同于平衡態(tài)時其亞穩(wěn)態(tài)時的性能不

2、同于平衡態(tài)時的性能，而且在很多情況下，亞穩(wěn)態(tài)材料的某些性能會的性能，而且在很多情況下，亞穩(wěn)態(tài)材料的某些性能會優(yōu)于其處于平衡態(tài)時的性能，甚至出現(xiàn)特殊的性能。因優(yōu)于其處于平衡態(tài)時的性能，甚至出現(xiàn)特殊的性能。因此，對材料亞穩(wěn)態(tài)的研究不僅有理論上的意義，更具有此，對材料亞穩(wěn)態(tài)的研究不僅有理論上的意義，更具有重要的實用價值。重要的實用價值。亞穩(wěn)態(tài)的存在形式亞穩(wěn)態(tài)的存在形式細晶組織細晶組織:界面增多界面增多,自由能升高自由能升高,故為亞穩(wěn)態(tài)。故為亞穩(wěn)態(tài)。高密度晶體缺陷高密度晶體缺陷:使原子偏離平衡位置使原子偏離平衡位置,排列的規(guī)排列的規(guī) 則性下降則性下降,故自由能升高。故自由能升高。形成形成過飽和固溶體過

3、飽和固溶體。發(fā)生發(fā)生非平衡轉(zhuǎn)變非平衡轉(zhuǎn)變: :生成原子結(jié)構(gòu)不同的亞穩(wěn)新相生成原子結(jié)構(gòu)不同的亞穩(wěn)新相, , 如如MM、B B等。等。由由晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài),由由結(jié)構(gòu)有序變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)無序結(jié)構(gòu)有序變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)無序, 自由能增大。自由能增大。 見圖見圖8.1 材料自由能隨狀態(tài)的變化示意圖。材料自由能隨狀態(tài)的變化示意圖。a點是自由能最高的不穩(wěn)點是自由能最高的不穩(wěn)定狀態(tài)定狀態(tài); d點是自由能最低的位置點是自由能最低的位置,此時體系處于穩(wěn)定狀態(tài)此時體系處于穩(wěn)定狀態(tài); b點位于它們點位于它們之間之間,如果要到達如果要到達d狀態(tài)狀態(tài),需要越過能峰需要越過能峰c，在沒有驅(qū)動力的情況下，體系，在沒有驅(qū)動力的情

4、況下，體系就可能處于就可能處于b這種亞穩(wěn)態(tài)，這種亞穩(wěn)態(tài)，故從熱力學上說明了亞穩(wěn)態(tài)是可以存在的故從熱力學上說明了亞穩(wěn)態(tài)是可以存在的。為什么亞穩(wěn)態(tài)能夠存在為什么亞穩(wěn)態(tài)能夠存在?圖圖8.1 8.1 材料自由能隨狀態(tài)的變化示意圖材料自由能隨狀態(tài)的變化示意圖abcd8.1 8.1 納米晶材料納米晶材料n 自自2020世紀世紀8080年代以來年代以來, ,隨著材料制備技術(shù)的進展隨著材料制備技術(shù)的進展, ,人們研制出晶粒尺寸為納米人們研制出晶粒尺寸為納米(nm)(nm)級的材料級的材料, ,并發(fā)現(xiàn)此并發(fā)現(xiàn)此材料不僅強度高，其結(jié)構(gòu)和各種性能都具有特殊性，材料不僅強度高，其結(jié)構(gòu)和各種性能都具有特殊性，引起了各行

5、各業(yè)人士的極大興趣和關(guān)注。引起了各行各業(yè)人士的極大興趣和關(guān)注。微米級晶粒微米級晶粒210kds8.1.1 8.1.1 納米晶材料的結(jié)構(gòu)納米晶材料的結(jié)構(gòu) 納米晶材料由尺寸為幾個納米納米晶材料由尺寸為幾個納米的的結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元所組成。見所組成。見8.2圖為納米圖為納米晶材料的晶材料的二維硬球模型二維硬球模型,小晶粒由晶小晶粒由晶界聯(lián)結(jié)在一起。由于晶粒微小界聯(lián)結(jié)在一起。由于晶粒微小,晶界晶界所占的比例增大（將占到所占的比例增大（將占到50%體體積）積）,即約有即約有50%的原子位于排列不的原子位于排列不規(guī)則的晶界處，使其原子密度、配規(guī)則的晶界處，使其原子密度、配位數(shù)遠遠偏離了完整的晶體結(jié)構(gòu)，位數(shù)遠

6、遠偏離了完整的晶體結(jié)構(gòu)，所以所以納米晶材料納米晶材料是一種是一種非平衡態(tài)的非平衡態(tài)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，其中，其中存在大量的晶體缺陷存在大量的晶體缺陷。 圖圖8.2 納米晶材料的二維模型納米晶材料的二維模型黑球黑球- -晶內(nèi)原子晶內(nèi)原子; ;白球白球- -界面處原子界面處原子 此外此外, ,如材料中存在雜質(zhì)、溶質(zhì)原子如材料中存在雜質(zhì)、溶質(zhì)原子, ,這些這些原子的偏聚作用原子的偏聚作用, ,使晶界區(qū)域的化學成分不同于使晶界區(qū)域的化學成分不同于晶內(nèi)。晶內(nèi)。 由于由于結(jié)構(gòu)上和化學成分上都偏離了正常多晶結(jié)構(gòu)上和化學成分上都偏離了正常多晶結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，所表現(xiàn)出的，所表現(xiàn)出的各種性能也明顯不同于通常各種性能也明顯不同于

7、通常的多晶體材料的多晶體材料。 性能單位金屬多晶非晶態(tài)納米晶熱膨脹系數(shù)10-6K-1Cu161831比熱容（295K）J/(gK)Pd0.24-0.37密度g/cm3Fe7.97.56彈性模量GPaPd12388剪切模量GPaPd43-32斷裂強度MPaFe-1.8%C700-8000屈服強度MPaCu83-185飽和磁化強度（4K）410-2Tm3/kgFe222215130磁化率410-9m3/kgSb-1-0.0320超導臨界溫度KAl1.2-3.2擴散激活能eVAg于Cu中Cu自擴散2.02.04-0.390.64德拜溫度KFe467-3如表中如表中Fe-1.8%C的的Fe-C合金合金

8、,其通常的其通常的斷斷裂強裂強度度由由700MPa提高到提高到8000MPa。 見見下下圖納圖納米晶米晶Cu(o)與與通常多晶通常多晶Cu()的的真應(yīng)真應(yīng)力力真應(yīng)變真應(yīng)變曲曲線線?？??？梢娨娖淦淝姸惹姸扔稍稍瓉韥淼牡?3MPa提高到提高到185MPa。 納米材料不僅具有高的強度和硬度納米材料不僅具有高的強度和硬度, ,其其塑性塑性和韌性和韌性也大大改善。如也大大改善。如: :陶瓷材料通常沒有塑性陶瓷材料通常沒有塑性, ,但納米但納米TiOTiO2 2在室溫下能塑性變形在室溫下能塑性變形, ,在在180180變形變形量達到量達到100%100%。 納米材料的其他性能納米材料的其他性能,

9、如超導臨界溫度如超導臨界溫度和臨界電流的提高、特殊的光學性質(zhì)、觸媒和臨界電流的提高、特殊的光學性質(zhì)、觸媒催化作用等也是引人注目的。催化作用等也是引人注目的。(2) (2) 納米晶材料的納米晶材料的物理性能物理性能也異常于通常材料也異常于通常材料如納米晶導電金屬的如納米晶導電金屬的電阻電阻遠遠高高于多晶材于多晶材料料,因晶界對電子有散射作用因晶界對電子有散射作用,晶粒小晶粒小,晶界散晶界散射作用強，電阻、電阻溫度系數(shù)增加。射作用強，電阻、電阻溫度系數(shù)增加。磁性也不同于通常的多晶材料磁性也不同于通常的多晶材料,納米鐵納米鐵磁材料具有低的飽和磁化系數(shù)磁材料具有低的飽和磁化系數(shù),高的磁化率高的磁化率,

10、低的矯頑力低的矯頑力等。等。8.1.3 納米晶材料的形成納米晶材料的形成(1)(1)以以非晶態(tài)非晶態(tài)為起始相為起始相, ,在晶化過程中形成大量的在晶化過程中形成大量的 晶核而生長成納米晶。晶核而生長成納米晶。(2)(2)對起始為通常對起始為通常粗晶粗晶的材料的材料, ,通過強烈的塑性變形通過強烈的塑性變形 或局部原子遷移或局部原子遷移, ,產(chǎn)生高密度缺陷產(chǎn)生高密度缺陷, ,導致自由能導致自由能 升高，形成亞穩(wěn)態(tài)納米晶。升高，形成亞穩(wěn)態(tài)納米晶。(3)(3)通過通過蒸發(fā)、濺射蒸發(fā)、濺射等沉積途徑等沉積途徑, ,如如PVDPVD、CVDCVD等等, , 形成納米微?；蚣{米晶薄膜。形成納米微粒或納米晶

11、薄膜。(4)(4)沉淀沉淀反應(yīng)方法反應(yīng)方法, ,如溶膠如溶膠- -凝膠凝膠, ,時效沉淀等時效沉淀等, ,析析 出納米微粒。出納米微粒。8.2 準晶態(tài)準晶態(tài)n晶體中原子呈有序排列晶體中原子呈有序排列,且具有平移對稱性且具有平移對稱性,只只能有能有1,2，3，4，6次旋轉(zhuǎn)對稱軸。次旋轉(zhuǎn)對稱軸。n近年來由于材料制備技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了不符近年來由于材料制備技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了不符合晶體的對稱條件，但呈一定的周期性有序排合晶體的對稱條件，但呈一定的周期性有序排列的類似于晶態(tài)的固體，具有列的類似于晶態(tài)的固體，具有5次對稱軸結(jié)構(gòu)次對稱軸結(jié)構(gòu),稱為稱為準晶態(tài)準晶態(tài)，此固體稱為，此固體稱為準晶準晶。8.2.1

12、準晶的結(jié)構(gòu)準晶的結(jié)構(gòu) 準晶的結(jié)構(gòu)既不同于晶體，也不同于非晶體。準晶的結(jié)構(gòu)既不同于晶體，也不同于非晶體。如何描述準晶態(tài)結(jié)構(gòu)如何描述準晶態(tài)結(jié)構(gòu)?以拼砌花磚方式的模型來表征準晶結(jié)構(gòu)以拼砌花磚方式的模型來表征準晶結(jié)構(gòu) 見右圖見右圖,它是由兩種單元它是由兩種單元（花磚）構(gòu)成（花磚）構(gòu)成:一種是一種是寬的寬的棱方形棱方形,其角度為其角度為70和和108;另一種是另一種是窄的棱方形窄的棱方形,角度角度為為36和和144，它們的邊長均，它們的邊長均為為a，其面積之比為，其面積之比為1.618:1，把它們按一定規(guī)則使兩種單把它們按一定規(guī)則使兩種單元配合地拼砌成具有周期性元配合地拼砌成具有周期性和和5次對稱性。次

13、對稱性。準晶結(jié)構(gòu)的單元拼砌模型準晶結(jié)構(gòu)的單元拼砌模型8.2.2 8.2.2 準晶的形成準晶的形成n主要通過主要通過快冷快冷方法形成方法形成,此外經(jīng)此外經(jīng)離子注入混合離子注入混合或或氣相沉積氣相沉積等途徑也能形成準晶。等途徑也能形成準晶。n準晶的形成過程包括準晶的形成過程包括形核和生長形核和生長兩個過程。冷速要正確兩個過程。冷速要正確控制控制,過慢過慢則不能抑制結(jié)晶過程而會形成則不能抑制結(jié)晶過程而會形成結(jié)晶相結(jié)晶相;過快過快則準則準晶的形核生長被抑制而形成晶的形核生長被抑制而形成非晶態(tài)非晶態(tài)。n此外此外,其形成條件還與合金成分、晶體結(jié)構(gòu)類型等因素有其形成條件還與合金成分、晶體結(jié)構(gòu)類型等因素有關(guān)，

14、并非所有合金都能形成準晶，這方面規(guī)律還有待進關(guān)，并非所有合金都能形成準晶，這方面規(guī)律還有待進一步探索。一步探索。8.2.3 準晶的性能準晶的性能(P368)8.3 8.3 非晶態(tài)材料非晶態(tài)材料n主要討論亞穩(wěn)態(tài)的非晶態(tài)材料主要討論亞穩(wěn)態(tài)的非晶態(tài)材料8.3.1 非晶態(tài)的形成非晶態(tài)的形成n非晶態(tài)可由氣相、液相快冷形成非晶態(tài)可由氣相、液相快冷形成,也可在固態(tài)直也可在固態(tài)直接形成（如離子注入、高能粒子轟擊、高能球接形成（如離子注入、高能粒子轟擊、高能球磨、電化學或化學沉積、固相反應(yīng)等）磨、電化學或化學沉積、固相反應(yīng)等）8.3.2 8.3.2 非晶態(tài)的結(jié)構(gòu)非晶態(tài)的結(jié)構(gòu)n常用的分析方法是用常用的分析方法是用

15、X X射線或中子散射得出的射線或中子散射得出的散射強度散射強度譜譜求出其求出其“徑向分布函數(shù)徑向分布函數(shù)”, ,但徑向分布函數(shù)不能區(qū)別但徑向分布函數(shù)不能區(qū)別不同類型的原子不同類型的原子, ,故對合金應(yīng)分別求得故對合金應(yīng)分別求得每類原子對每類原子對的的“部分原子對分布函數(shù)部分原子對分布函數(shù)”, ,如二元合金中存在著三類原如二元合金中存在著三類原子對子對:A:AA A，B BB B，A AB B，故需根據(jù)，故需根據(jù)A A，B B兩種原子的兩種原子的不同散射能力至少進行三次散射實驗分別求出部分原不同散射能力至少進行三次散射實驗分別求出部分原子對分布函數(shù)，見下圖。子對分布函數(shù)，見下圖。圖為圖為Ni81

16、B19非晶態(tài)合金的散射譜線及三類部分原非晶態(tài)合金的散射譜線及三類部分原子對分布函數(shù)子對分布函數(shù)。實線為實驗結(jié)果實線為實驗結(jié)果;虛線為理論計算。虛線為理論計算。8.3.3 8.3.3 非晶合金的性能非晶合金的性能n力學性能力學性能 主要表現(xiàn)為高強度和高斷裂韌性。主要表現(xiàn)為高強度和高斷裂韌性。n物理性能物理性能 一般具有高的電阻率和小的電阻溫度系數(shù)一般具有高的電阻率和小的電阻溫度系數(shù); ;優(yōu)良的磁學性能優(yōu)良的磁學性能, ,包括軟磁性能和硬磁性能。包括軟磁性能和硬磁性能。n化學性能化學性能 具有極佳的抗腐蝕性。具有極佳的抗腐蝕性。n固態(tài)相變多數(shù)為形核和長大方式。形核和長大不僅有固態(tài)相變多數(shù)為形核和長

17、大方式。形核和長大不僅有界面能界面能,還需克服彼此之間體積差而產(chǎn)生的還需克服彼此之間體積差而產(chǎn)生的應(yīng)變能應(yīng)變能,故固故固態(tài)相變往往不能達到平衡狀態(tài)態(tài)相變往往不能達到平衡狀態(tài),而是通過非平衡轉(zhuǎn)變?yōu)槎峭ㄟ^非平衡轉(zhuǎn)變?yōu)閬喎€(wěn)相亞穩(wěn)相。n亞穩(wěn)相不僅使材料的組織結(jié)構(gòu)變化，還對材料性能有亞穩(wěn)相不僅使材料的組織結(jié)構(gòu)變化，還對材料性能有很大的影響。因此我們對亞穩(wěn)相要進行研究。亞穩(wěn)相很大的影響。因此我們對亞穩(wěn)相要進行研究。亞穩(wěn)相類型有很多種，這里只介紹類型有很多種，這里只介紹固溶體脫溶固溶體脫溶轉(zhuǎn)變、轉(zhuǎn)變、馬氏體馬氏體（M）和）和貝氏體貝氏體（B）轉(zhuǎn)變。）轉(zhuǎn)變。8.4 8.4 固態(tài)相變形成的亞穩(wěn)相固態(tài)相變形成的

18、亞穩(wěn)相8.4.1 8.4.1 固溶體脫溶轉(zhuǎn)變固溶體脫溶轉(zhuǎn)變圖圖8.4 相圖中脫溶轉(zhuǎn)變舉例相圖中脫溶轉(zhuǎn)變舉例+溫度脫溶共析脫溶脫溶脫溶W(B)/%AB在在溫度較高溫度較高時發(fā)生時發(fā)生平衡脫溶平衡脫溶, ,析出平衡的第析出平衡的第二相二相; ;如如溫度較低溫度較低, ,則可能先形成則可能先形成亞穩(wěn)定的過度相亞穩(wěn)定的過度相; ;如如快速冷卻快速冷卻到室溫（稱為淬火或固溶處到室溫（稱為淬火或固溶處理）理）, ,得到得到過飽和固溶體過飽和固溶體，不穩(wěn)定。在一定條，不穩(wěn)定。在一定條件下會發(fā)生件下會發(fā)生脫溶脫溶析出過程（稱為沉淀或時效），析出過程（稱為沉淀或時效），生成生成亞穩(wěn)定的過度相亞穩(wěn)定的過度相。 從

19、單相區(qū)經(jīng)過溶解度飽和線進入兩相區(qū)時從單相區(qū)經(jīng)過溶解度飽和線進入兩相區(qū)時,就就要發(fā)生脫溶分解。要發(fā)生脫溶分解。1. 脫溶方式脫溶方式(1)(1)形核長大方式形核長大方式: :依靠熱激活使晶胚達到臨界尺寸。依靠熱激活使晶胚達到臨界尺寸。(2)(2)調(diào)幅分解方式調(diào)幅分解方式: :無需形核無需形核, ,只需成分起伏只需成分起伏, ,使均勻固溶體發(fā)展成為使均勻固溶體發(fā)展成為成分不同、結(jié)構(gòu)相同且無明顯界面的兩個相。成分不同、結(jié)構(gòu)相同且無明顯界面的兩個相。究竟采用何種方式脫溶究竟采用何種方式脫溶, ,取決于合金的成分和取決于合金的成分和溫度。溫度。 2. 脫溶類型脫溶類型 (1)(1)連續(xù)脫溶連續(xù)脫溶: :

20、新相晶核在母相中各處同時發(fā)新相晶核在母相中各處同時發(fā)生生, ,隨機形成隨機形成, ,母相的母相的濃度濃度隨之隨之均勻變化均勻變化, ,但但母相母相晶粒外形及位向不改變晶粒外形及位向不改變。脫溶相均勻分布于基體時稱為脫溶相均勻分布于基體時稱為均勻脫溶均勻脫溶。脫溶相優(yōu)先析出于局部地區(qū)脫溶相優(yōu)先析出于局部地區(qū),如晶界、孿晶如晶界、孿晶界、滑移帶等處稱為界、滑移帶等處稱為不均勻脫溶不均勻脫溶。 新相與母相結(jié)構(gòu)和點陣常數(shù)相近新相與母相結(jié)構(gòu)和點陣常數(shù)相近,即錯配度很小即錯配度很小,保持保持共共格格關(guān)關(guān) 系系,界面能低，見下圖界面能低，見下圖a; 錯配度增大，界面處彈性應(yīng)變能增大，包含一些位錯調(diào)錯配度增大

21、，界面處彈性應(yīng)變能增大，包含一些位錯調(diào)節(jié)錯配以降低應(yīng)變能，形成節(jié)錯配以降低應(yīng)變能，形成部分共格部分共格界面，見下圖界面，見下圖b; 錯配度很大，形成錯配度很大，形成非共格非共格界面，界面能高，見下圖界面，界面能高，見下圖c。脫溶相與基體界面的關(guān)系有三種脫溶相與基體界面的關(guān)系有三種:脫溶相的脫溶相的形狀形狀與界面處的與界面處的界面能界面能等因素有關(guān)。等因素有關(guān)。 對對界面的脫溶相界面的脫溶相, ,應(yīng)變能取決于錯配度。應(yīng)變能取決于錯配度。錯配度錯配度, ,應(yīng)變能應(yīng)變能。 錯配度甚小時錯配度甚小時, ,共格脫溶相趨于形成共格脫溶相趨于形成球形球形粒子。粒子。 錯配度增大時，共格脫溶相以錯配度增大時，

22、共格脫溶相以立方形狀立方形狀分布于體。分布于體。 錯配度更大時，共格脫溶相呈錯配度更大時，共格脫溶相呈薄片狀薄片狀。圖圖8.5 新相粒子的幾何形狀對應(yīng)變能相對值的影響新相粒子的幾何形狀對應(yīng)變能相對值的影響a橢圓形球體的赤道半徑橢圓形球體的赤道半徑 c兩極之間的距離兩極之間的距離 (2)(2)不連續(xù)脫溶不連續(xù)脫溶: :從飽和的基體中以胞狀形式從飽和的基體中以胞狀形式同同時析出時析出包含有包含有 與與 兩相的產(chǎn)物兩相的產(chǎn)物, ,其中其中 相相是成分有所是成分有所改變的改變的基體相基體相, ,而而 相則是相則是脫溶新相脫溶新相, ,兩者以層狀相兩者以層狀相間分布，間分布， 見下圖。見下圖。圖8.6

23、不連續(xù)脫溶示意圖 3. 脫溶對性能的影響脫溶對性能的影響n脫溶對材料脫溶對材料的影響的影響 取決于脫溶相的形態(tài)、大小、數(shù)量和分布等。取決于脫溶相的形態(tài)、大小、數(shù)量和分布等。 均勻脫溶均勻脫溶對性能有利對性能有利,有明顯的強化作用有明顯的強化作用,稱為稱為“時效強化時效強化”或或“沉淀沉淀強化強化”; 局部脫溶局部脫溶,沿著晶界析出，對性能有害，使材料塑性下降，呈現(xiàn)脆化，沿著晶界析出，對性能有害，使材料塑性下降，呈現(xiàn)脆化，強度也因此下降。強度也因此下降。n脫溶也導致材料脫溶也導致材料的變化的變化 時效初期時效初期電子散射幾率增加，電子散射幾率增加，電阻上升電阻上升;過時效過時效基體中溶質(zhì)原子貧化

24、，基體中溶質(zhì)原子貧化，電阻下降電阻下降。 磁性磁性也因時效而變化。也因時效而變化。軟磁材料軟磁材料由于脫溶相阻礙磁疇壁移動，由于脫溶相阻礙磁疇壁移動，磁導磁導率下降率下降;硬磁材料硬磁材料脫溶相的彌散度越大，反遷移越困難，脫溶相的彌散度越大，反遷移越困難，矯頑力越矯頑力越大，剩磁也越大。大，剩磁也越大。8.4.2 8.4.2 馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變 馬氏體馬氏體(M):C C溶入溶入-Fe-Fe中形成的過飽和固溶體。中形成的過飽和固溶體。 因轉(zhuǎn)變溫度低因轉(zhuǎn)變溫度低(230),Fe(230),Fe、C C原子均不擴散原子均不擴散, ,屬于屬于非擴散性相變非擴散性相變。1. M轉(zhuǎn)變的特點轉(zhuǎn)變的特點(

25、1) (1) 無擴散性無擴散性 因轉(zhuǎn)變溫度因轉(zhuǎn)變溫度T T低低, ,原子活動能力很低原子活動能力很低, ,所所以轉(zhuǎn)變是在無擴散的條件下進行的以轉(zhuǎn)變是在無擴散的條件下進行的, ,新相新相MM和和母相母相( (奧氏體奧氏體) )具有完全相同的化學成分具有完全相同的化學成分。 見下圖馬氏體片形成時產(chǎn)生浮凸。在拋光的表面上劃有見下圖馬氏體片形成時產(chǎn)生浮凸。在拋光的表面上劃有直線直線刻痕刻痕, ,發(fā)生發(fā)生MM轉(zhuǎn)變后轉(zhuǎn)變后, ,劃痕由直線變?yōu)閯澓塾芍本€變?yōu)檎劬€折線, ,但但無無彎曲和彎曲和中斷中斷現(xiàn)象。說明現(xiàn)象。說明MM是是切變切變方式形成的，且方式形成的，且MM與母相與母相 保持保持共共格格。圖圖8.7

26、 8.7 馬氏體片形成時產(chǎn)生浮凸示意圖馬氏體片形成時產(chǎn)生浮凸示意圖(2) (2) 切變共格性切變共格性（3 3）具有一定的）具有一定的位向關(guān)系位向關(guān)系 由于由于M轉(zhuǎn)變時新相和母相始終保持切變共格性轉(zhuǎn)變時新相和母相始終保持切變共格性,因此因此M轉(zhuǎn)變后新相與母相之間存在確定的位向關(guān)系。轉(zhuǎn)變后新相與母相之間存在確定的位向關(guān)系。 對含碳對含碳低于低于1.4%的碳鋼的碳鋼,M轉(zhuǎn)變時新、舊相之間有如轉(zhuǎn)變時新、舊相之間有如下取向關(guān)系下取向關(guān)系:111110M, M 稱為稱為K-S關(guān)系關(guān)系。 對含碳對含碳高于高于1.4%的碳鋼或含高鎳的鋼，有的碳鋼或含高鎳的鋼，有111110M， M 稱為稱為西山關(guān)系西山關(guān)系

27、。(4) 在一個溫度范圍內(nèi)進行在一個溫度范圍內(nèi)進行 M轉(zhuǎn)變是轉(zhuǎn)變是T的函數(shù)的函數(shù),與與無關(guān)。即隨無關(guān)。即隨T,轉(zhuǎn)變量轉(zhuǎn)變量。T 一旦停止一旦停止,M轉(zhuǎn)變立即停止。轉(zhuǎn)變立即停止。(5) M轉(zhuǎn)變具有轉(zhuǎn)變具有不完全性不完全性 M轉(zhuǎn)變不能進行到底轉(zhuǎn)變不能進行到底,總有一部分保留下來總有一部分保留下來,這這種在種在M轉(zhuǎn)變過程中被保留下來的轉(zhuǎn)變過程中被保留下來的A,叫叫殘余殘余A。用。用A表示表示。(6) 生長速度極快生長速度極快 形成一片形成一片M只需只需10-7秒秒,瞬間形成瞬間形成,瞬間長大瞬間長大,一一旦形成，不再生長。旦形成，不再生長。2. M2. M的組織形態(tài)的組織形態(tài)(1) (1) 片狀片狀

28、MM （高碳（高碳M,M,孿晶孿晶MM）光學顯微鏡下光學顯微鏡下, ,呈呈針狀針狀或或竹葉竹葉狀。立體形狀狀。立體形狀: :雙凸透雙凸透狀。先狀。先大后小不能穿過大后小不能穿過,M,M的大小取決于的大小取決于A A晶粒大小。晶粒大小。 高碳高碳MM的形貌的形貌有兩種形態(tài)有兩種形態(tài): : 片狀片狀M:M:高碳鋼淬火后獲得的高碳鋼淬火后獲得的, ,也叫也叫高碳高碳MM。板條板條M:M:低碳鋼淬火后獲得的低碳鋼淬火后獲得的, ,也叫也叫低碳低碳MM。圖圖8.10 8.10 鋼中馬氏體的透射電鏡像鋼中馬氏體的透射電鏡像質(zhì)量分數(shù)均為質(zhì)量分數(shù)均為1.28%1.28%的鋼的鋼電鏡下電鏡下:M中存在著大量細微

29、中存在著大量細微孿晶孿晶亞結(jié)構(gòu)亞結(jié)構(gòu),又叫又叫孿晶孿晶M。見。見圖圖8.10 鋼中馬氏體的透射電鏡像鋼中馬氏體的透射電鏡像,顯示中脊面性能顯示中脊面性能:硬而硬而脆脆。 因為形成因為形成T低（低（200200）, ,條內(nèi)有高密度位錯條內(nèi)有高密度位錯, ,條與條與條成小角度晶界。條成小角度晶界。(2) (2) 板條板條MM （低碳（低碳M,M,位錯位錯MM）3. 3. 兩種馬氏體的形成條件兩種馬氏體的形成條件(1) 含碳量含碳量實驗證明實驗證明: 含碳量含碳量1.0%的高碳鋼的高碳鋼,淬火后得淬火后得片狀片狀M。 含碳量在含碳量在0.21.0%之間得之間得板條板條M+片狀片狀M。(2) 合元合元 一般規(guī)律一般規(guī)律:除除Co、Al外外,其他元素溶入其他元素溶入A,均均能能Ms,促進片狀促進片狀M的形成。的形成。(3) 形成形成T200, 主要形成主要形成板條板條M。 200, 主要形成主要形成片狀片狀M。 4. M的晶體結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu)碳分布在沿碳分布在沿C軸的扁八面體間隙中軸的扁八面體間隙中,猶如猶如-Fe的點的點陣發(fā)生畸變陣發(fā)生畸變,c軸伸長軸伸長,a軸變短，變?yōu)檩S變短，變?yōu)轶w心正方體心正方點點陣。陣。5. M的性能的性能M的的硬度主要取決于其含碳量硬度主要取決于其含碳量:C%,硬度硬度。M的的