馬氏體的轉(zhuǎn)變

第五節(jié)

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馬氏體轉(zhuǎn)變一、馬氏體轉(zhuǎn)變的基本特征1、轉(zhuǎn)變不需要擴(kuò)散

馬氏體轉(zhuǎn)變只有點(diǎn)陣改組而無(wú)成份變化，轉(zhuǎn)變時(shí)原子做有規(guī)律的整體遷移，每個(gè)原子移動(dòng)的距離不超過(guò)一個(gè)原子間距，且原子之間的相對(duì)位置不發(fā)生變化。

1、一些具有有序結(jié)構(gòu)的合金發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變后有序結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化；2、Fe-C合金奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變后，C原子的間隙位置保持不變；3、馬氏體轉(zhuǎn)變可以在相當(dāng)?shù)偷臏囟确秶鷥?nèi)進(jìn)行，且轉(zhuǎn)變速度極快。例如：Fe-C、Fe-Ni合金，在-20~-196℃之間一片馬氏體形成的時(shí)間約5×10-5─5×10-7

秒2、切變主導(dǎo)型點(diǎn)陣畸變式轉(zhuǎn)變點(diǎn)陣畸變式轉(zhuǎn)變：通過(guò)均勻的應(yīng)變把一種點(diǎn)陣轉(zhuǎn)變稱為另一種點(diǎn)陣。點(diǎn)陣畸變方式有以下幾種：（1）簡(jiǎn)單切變；（2）簡(jiǎn)單膨脹和壓縮；（3）既有膨脹、又有切變馬氏體轉(zhuǎn)變以第三種為主。

顯然，界面上的原子排列規(guī)律既同于馬氏體，也同于奧氏體，這種界面稱為共格界面。但不變平面可以是相界面，也可以不是相界面。3、轉(zhuǎn)變時(shí)的動(dòng)力學(xué)和生成相形貌轉(zhuǎn)變過(guò)程中產(chǎn)生的彈性應(yīng)變能控制二、馬氏體轉(zhuǎn)變的晶體學(xué)1、表面浮凸現(xiàn)象和慣習(xí)面

馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)能在預(yù)先磨光的試樣表面上形成有規(guī)則的表面浮凸。這說(shuō)明馬氏體的形成與母相奧氏體的宏觀切變密切相關(guān)。

奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時(shí)，新舊兩相之間保持著嚴(yán)格的晶體學(xué)位向關(guān)系，馬氏體的不變平面被稱為馬氏體的慣習(xí)面，以平行于此面的母相的晶面指數(shù)表示。2、晶體學(xué)取向關(guān)系

馬氏體轉(zhuǎn)變的晶體學(xué)特征是馬氏體與母相之間存在著一定的位向關(guān)系。在鋼中已觀察到到的有K—S關(guān)系、西山關(guān)系和G—T關(guān)系。（1）K—S關(guān)系

{110}αˊ∥{111}γ；<111>αˊ∥<110>γ[-111](110)(111)[-101]

按K-S關(guān)系，馬氏體在奧氏體中共有24種不同的空間取向。（2）西山關(guān)系{110}αˊ∥{111}γ；<110>αˊ∥<112>γ

按西山關(guān)系，馬氏體在奧氏體中只有12種不同的空間取向。K—S關(guān)系與西山關(guān)系的關(guān)系（3）G—T關(guān)系{110}αˊ∥{111}γ差1°<111>αˊ∥<110>γ差2°3、馬氏體的組織形態(tài)及亞結(jié)構(gòu)

根據(jù)馬氏體的形狀，可將馬氏體分為板條狀馬氏體和片狀馬氏體。（1）、板條狀馬氏體

板條馬氏體是低、中碳鋼，馬氏體時(shí)效鋼，不銹鋼等鐵系合金中形成的一種典型的馬氏體組織。低碳鋼中的典型馬氏體組織如下圖：

顯微組織：

馬氏體呈板條狀，一束束排列在原奧氏體晶粒內(nèi)。對(duì)某些鋼因板條不易浸蝕顯現(xiàn)出來(lái)，而往往呈塊狀，所以有時(shí)也稱為塊狀馬氏體，又因?yàn)檫@種馬氏體的亞結(jié)構(gòu)主要為位錯(cuò)，也常稱之為位錯(cuò)型馬氏體，這種馬氏體是由許多板條群組成的，也稱為群集狀馬氏體。

在一個(gè)板條群內(nèi)各板條的尺寸大致相同，這些板條呈大致平行且方向一定的排列。

晶體學(xué)特征

慣習(xí)面為(111)γ，晶體學(xué)位向關(guān)系符合K-S關(guān)系。

由平行排列的板條馬氏體組成的較大區(qū)域稱為板條群。在一個(gè)原奧氏體晶粒內(nèi)可以包含幾個(gè)這樣的板條群，通常為3—5個(gè)。一般情況下奧氏體晶粒尺寸的變化，對(duì)板條群的數(shù)量無(wú)影響，只能改變板條群的尺寸。

同色調(diào)區(qū)是由位向相同的馬氏體板條組成的，稱為同位向束。

同位向束內(nèi)馬氏體板條是以小角度晶界相間的，而同們位向束之間則是以大角度晶界相間的。

亞結(jié)構(gòu)

亞結(jié)構(gòu)主要是高密度的位錯(cuò)纏結(jié)構(gòu)成的位錯(cuò)胞，位錯(cuò)密度可高達(dá)0.3～0.9×1012/cm2，板條邊緣有少量孿晶。從亞結(jié)構(gòu)對(duì)材料性能而言，孿晶不起主要作用。（2）、片狀馬氏體

常見于淬火高、中碳鋼及高Ni的Fe-Ni合金中，是鐵系合金中出現(xiàn)的另一種典型的馬氏體組織。

顯微組織

典型的馬氏體組織形態(tài)見下圖所示：

馬氏體片大小不一，馬氏體片間不平行，互成一定夾角，第一片馬氏體形成時(shí)慣穿整個(gè)奧氏體晶粒，后形成的馬氏體片逐漸變小，即馬氏體形成時(shí)具有分割?yuàn)W氏體晶粒的作用。因此，馬氏體片的大小取決于奧氏體晶粒的大小。

在馬氏體片中常能看到明顯的中脊，關(guān)于中脊的形成規(guī)律目前尚不清楚。

晶體學(xué)特征

慣習(xí)面(225)γ位向關(guān)系為K—S關(guān)系

慣習(xí)面(259)γ位向關(guān)系為西山關(guān)系，可以爆發(fā)形成，馬氏體片有明顯的中脊。

亞結(jié)構(gòu)

片狀馬氏體的主要亞結(jié)構(gòu)是孿晶，這是片狀馬氏體的重要特征。孿晶的間距大約為50?，一般不擴(kuò)展到馬氏體片的邊界上，在馬氏體片的邊緣則為復(fù)雜的位錯(cuò)組列。一般認(rèn)為，這種位錯(cuò)是沿[111]αˊ方向呈點(diǎn)陣狀規(guī)則排列的螺型位錯(cuò)。片狀馬氏體內(nèi)的相變孿晶一般是(112)αˊ孿晶，也發(fā)現(xiàn)(110)αˊ孿晶和(112)αˊ孿晶混生的現(xiàn)象，方向?yàn)閇11-1]αˊ。

不同的片狀馬氏體內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)是不同的,可以將其分為以中脊為中心的相變孿晶區(qū)和無(wú)孿晶區(qū)。孿晶區(qū)所占比例與馬氏體的形成溫度有關(guān),形成溫度越低,相變孿晶區(qū)所占比例越大。（3）、其它類型的馬氏體①蝶狀馬氏體（人字形或角狀馬氏體）

本世紀(jì)六十年代初首先在Fe-30%Ni的合金中發(fā)現(xiàn)的,近年在Fe-C合金中也觀察到了這種形態(tài)馬氏體。

立體外形呈V形柱狀，橫截面呈蝶狀，兩翼之間的夾角一般為136o，兩翼的慣習(xí)面為（225）γ而兩翼相交的結(jié)合面為{100}γ。與奧氏體的位向關(guān)系為K-S關(guān)系，亞結(jié)構(gòu)為高密度的位錯(cuò)，無(wú)孿晶。

形成溫度介于板條馬氏體與片狀馬氏體之間，形態(tài)特征和性能也介于兩者之間。②薄板狀馬氏體

這種馬氏體是在Ms點(diǎn)低于-100℃的Fe-Ni-C合金中觀察到的，是一種厚度約為3～10μm的薄板形馬氏體，三維單元形貌很象方形薄板，與試樣磨面相截得到寬窄一致的平直帶狀，帶可以相互交叉，呈現(xiàn)曲折、分杈等特異形態(tài)。

慣習(xí)面為（259）γ，位向關(guān)系為K-S關(guān)系，亞結(jié)構(gòu)為(112)αˊ孿晶，無(wú)位錯(cuò)，無(wú)中脊。

隨轉(zhuǎn)變溫度降低，轉(zhuǎn)變進(jìn)行時(shí)，即有新馬氏體的不斷形成，同時(shí)也有舊馬氏體的不斷增厚。三、馬氏體轉(zhuǎn)變熱力學(xué)1、臨界驅(qū)動(dòng)力和轉(zhuǎn)變溫度馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界化學(xué)驅(qū)動(dòng)力形變誘發(fā)馬氏體：對(duì)奧氏體施加外力，在奧氏體發(fā)生塑性交形的同時(shí)形成的馬氏體。2、形核馬氏體轉(zhuǎn)變有形核、長(zhǎng)大階段。四、馬氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)1、變溫馬氏體轉(zhuǎn)變：

當(dāng)奧氏體被過(guò)冷到MS以下某一溫度時(shí)，在該溫度下能夠形成的馬氏體在其核形成的瞬間即可形成，而新核的繼續(xù)形成則需依靠進(jìn)一步的降溫．

馬氏體的生長(zhǎng)有“熱彈’’型和“爆發(fā)”型；

2、等溫馬氏體轉(zhuǎn)變

晶核的形成有孕育期，形核率隨過(guò)冷度的增加而先增后減。

核形成后的長(zhǎng)大速率仍極快，且長(zhǎng)大到一定尺寸后同樣不再長(zhǎng)大，這種轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)同樣取決于形核率