CH概述鋼中馬氏體晶體結(jié)構(gòu)級剖析實用

會計學(xué)1CH概述鋼中馬氏體晶體結(jié)構(gòu)級剖析實用22023/1/17

本章內(nèi)容提要1.馬氏體的定義、馬氏體轉(zhuǎn)變的含義2.馬氏體(M)相變的主要特征3.馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)4.馬氏體的組織形態(tài)5.馬氏體轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)6.馬氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)7.馬氏體轉(zhuǎn)變機制8.馬氏體的性能9.馬氏體轉(zhuǎn)變的應(yīng)用第1頁/共18頁32023/1/17基本要求：1.馬氏體的定義、馬氏體轉(zhuǎn)變的含義、2.馬氏體(M)相變的五個主要特征的內(nèi)容3.馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)的類型、正方度4.馬氏體的兩種基本形態(tài)是板條馬氏體和片狀馬氏體；影響馬氏體形態(tài)及其內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)的因素5.馬氏體轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)條件、驅(qū)動力、T0、MS的物理意義、Ms點很低的原因、馬氏體的形成條件、影響鋼的MS點因素6.馬氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)主要有四種方式，各種方式的特征。7.馬氏體轉(zhuǎn)變機制：形核理論、三種切變模型(本部分作一般了解)8.馬氏體的性能：力學(xué)性能的顯著特點、馬氏體高硬度(高強度)的本質(zhì)、強度和韌性與含碳量及亞結(jié)構(gòu)的關(guān)系；超塑性、高碳馬氏體的顯微裂紋9.奧氏體穩(wěn)定化：熱穩(wěn)定化和機械穩(wěn)定化10.馬氏體轉(zhuǎn)變的應(yīng)用(本部分作一般了解)

第2頁/共18頁42023/1/17概述“水與火合為淬”(史記.天官記)(公元前91年)“巧冶鑄干將之樸(窄長有短把的刀)，清水淬其鋒”（漢書.王褒傳）《搜神記》干將、莫邪(吳國一對鐵匠夫婦),也是古代鋒利的寶劍的代稱?！短接[·蒲元傳》載三國時蜀人蒲元對他的“神刀”淬火用水的選擇?！暗冻桑匝詽h水鈍弱，不任淬用。蜀江爽烈，乃命人于成都取之?！?/p>

《北齊書·列傳》(第四十一)，載東魏、北齊間(534～577)的綦母懷文在“宿鐵刀”淬火時“浴以五牲之溺，淬以五牲之脂”?？梢姰敃r已采用含鹽的水和油作為具有不同冷卻速度的液冷介質(zhì)。明代宋應(yīng)星的《天工開物》中對制蹉的記載：“以已健劃成縱斜文理，劃時斜向入，則方成焰。劃后燒紅，退微冷，入水健?！逼渲小巴宋⒗洹保褪穷A(yù)冷淬火工藝。當相同成分的鋼以很快的速度冷卻(比如在水中冷卻)到室溫或更低溫度時(稱這種冷卻為淬火)。淬火獲得馬氏體是使鋼強韌化的先決條件。干將莫邪第3頁/共18頁52023/1/17

1.馬氏體轉(zhuǎn)變的含義(鏈接)指鋼從奧氏體狀態(tài)快速冷卻(即淬火)而發(fā)生的無擴散型相變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為馬氏體。是替換原子經(jīng)無擴散位移(均勻和不均勻形變)、由此產(chǎn)生形狀改變和表面浮突、呈不變平面應(yīng)變特征的一級、形核長大型的相變。6.1鋼中馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)6.1.1馬氏體相變和馬氏體的定義第4頁/共18頁62023/1/17馬氏體定義的歷史第5頁/共18頁72023/1/172.馬氏體的定義：

馬氏體是碳溶于α-Fe中的過飽和間隙式固溶體；

馬氏體是在冷卻過程中所發(fā)生的基本特征屬于馬氏體型轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。母相無擴散地、以慣習(xí)面為不變平面的切變共格的相變產(chǎn)物，統(tǒng)稱為馬氏體。

原子經(jīng)無擴散切變的不變平面應(yīng)變的晶格改組，得到的與母相具有嚴格晶體學(xué)關(guān)系和慣習(xí)面的含有高密度位錯、層錯或?qū)\晶等晶體缺陷的組織稱為馬氏體。第6頁/共18頁82023/1/176.1.2鋼中馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)

1.馬氏體的點陣常數(shù)的變化馬氏體具有正方點陣結(jié)構(gòu)，記為M或α’。馬氏體轉(zhuǎn)變時，面心立方的奧氏體通過切變轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方的α-Fe，此時碳原子仍停留在六個鐵原子所組成的八面體中心。碳原子位于面心或棱邊中心，即扁八面體的中心，碳原子溶入后，會使短軸(c軸)伸長，長軸(a軸)縮短，晶體結(jié)構(gòu)為體心正方。其軸比c/a不再等于1，稱為馬氏體的正方度。第7頁/共18頁92023/1/17馬氏體的晶胞模型(a)碳原子在馬氏體的晶胞中可能存在的位置(b)碳原子在馬氏體的晶胞中一組扁八面體間隙位置可能存在的情況(c)碳原子在馬氏體的晶胞中一組扁八面體間隙位置未填滿的情況第8頁/共18頁102023/1/17

2.馬氏體的正方度與碳含量的關(guān)系

馬氏體正方度與含碳量呈直線關(guān)系，含碳量愈高，正方度愈大，即：c/a=1＋0.046wc

碳含量對c，a的影響c=α0+αρa=α0+βρ

c/a=1+γρ

式中：α0＝0.2861nm(α-Fe點陣參數(shù))；α=0.116±0.002；γ=0.046±0.001；β=0.013±0.002；ρ—馬氏體碳含量(重量%)。第9頁/共18頁112023/1/17

3.馬氏體的異常正方度有些鋼的馬氏體的正方度遠偏離式(6-3)的數(shù)值，稱為異常正方度。

在高碳鋁鋼（1.5%C，7%Al）和高鎳鋼（1.0%C，19%Ni）中新淬火馬氏體，測試其正方度要高于式(6-3)給出的數(shù)值，稱為異常高正方度；當溫度回升到室溫時，正方度下降。Ms點低于0℃的錳鋼（0.6%-0.8%C,6%-7%Mn）制成奧氏體單晶，淬入液氮，測試其在液氮溫度下的正方度要低于式(6-3)給出的數(shù)值，稱為異常低正方度。當碳含量小于0.2%時，碳原子偏聚于馬氏體的位錯線或是均勻地分布在X、Y和Z三個位置上，即處于完全無序狀態(tài)。碳原子的存在雖然引起點陣常數(shù)的增加，但不會改變正方度。合金元素對馬氏體的正方度影響不大。第10頁/共18頁122023/1/174.馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)類型馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)類型有兩種：

體心立方結(jié)構(gòu)(WC<0.2%)（a=b=c）

體心正方結(jié)構(gòu)(WC>0.2%)（a=b≠c）奧氏體具有面心立方點陣，溶入的碳原子位于鐵原子所組成的正八面體中心。第11頁/共18頁132023/1/17

6.1.3馬氏體轉(zhuǎn)變具有一定的位向關(guān)系和慣習(xí)面馬氏體轉(zhuǎn)變時馬氏體與奧氏體存在著嚴格的晶體學(xué)關(guān)系：位向關(guān)系和慣習(xí)面

相變時，整體相互移動一段距離，相鄰原子的相對位置無變化。作小于一個原子間距位置的位移，因此奧氏體與馬氏體保持一定的嚴格的晶體學(xué)位向關(guān)系。

位向關(guān)系有：(1)K-S關(guān)系

(2)西山(N)關(guān)系

(3)G-T關(guān)系

(4)K-V-N關(guān)系第12頁/共18頁142023/1/17

(1)K-S關(guān)系1930年，庫爾鳩莫夫與Sachs在1.4%碳的碳鋼中發(fā)現(xiàn)，馬氏體與奧氏體有下述關(guān)系：

{110}M//{111}γ，

<111>M//<110>

γ

右圖為鋼中馬氏體在不同的(111)γ晶面上形成時可能有六種不同K-S關(guān)系。第13頁/共18頁152023/1/17

(2)西山關(guān)系1934年，西山在鐵鎳合金中發(fā)現(xiàn)，在室溫以上形成的馬氏體與奧氏體之間存在K-S關(guān)系，而在-70℃以下形成的馬氏體與奧氏體呈下列關(guān)系：{110}M//{111}γ

<110>M//<112>γ

西山關(guān)系與K-S關(guān)系相比，晶面關(guān)系相同，晶向關(guān)系相差5°16’。第14頁/共18頁162023/1/17

(3)G-T關(guān)系1994年，Grenigen與Troiano在Fe-Ni-C合金中發(fā)現(xiàn)，馬氏體與奧氏體的位向接近K-S關(guān)系，但略有偏差，其中晶面差1度，晶向差2°，稱為G-T關(guān)系。{110}M//{111}γ差1°，

<111>M//<110>γ差2°

第15頁/共18頁172023/1/17

6.1.4慣習(xí)面慣習(xí)面即馬氏體轉(zhuǎn)變的不變平面，馬氏體即在此平面上形成。慣習(xí)面總是平行或接近奧氏體的某一晶面，并隨奧氏體中含碳量及馬氏體形成溫度而變化。●當WC<0.6%時，慣習(xí)面為{111}γ；●當WC=0.6%1.4%時，慣習(xí)面為{225}γ；

●當WC=1.4%2.0%時，慣習(xí)面為{259}γ