材料成型基础教学课件5

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1、l钢从奥氏体状态快速冷却，抑制其扩散性分解，在较钢从奥氏体状态快速冷却，抑制其扩散性分解，在较低温度下（低于低温度下（低于Ms点）发生的转变为马氏体转变。点）发生的转变为马氏体转变。l马氏体转变属于低温转变。马氏体转变属于低温转变。l转变产物为马氏体组织。转变产物为马氏体组织。l马氏体是碳在马氏体是碳在-Fe中的过饱和固溶体。中的过饱和固溶体。l具有很高的强度和硬度。具有很高的强度和硬度。l马氏体转变是典型的非扩散型相变。马氏体转变是典型的非扩散型相变。l马氏体转变是钢件热处理强化的主要手段。马氏体转变是钢件热处理强化的主要手段。l马氏体转变过程中马氏体转变过程中Fe的晶格改组是通过切变方式完

2、成的晶格改组是通过切变方式完成的。的。l多种多样，其中板条马氏体和片状马氏体最为常见。多种多样，其中板条马氏体和片状马氏体最为常见。1 板条马氏体：板条马氏体：低、中碳钢及马氏体时效钢、不锈钢低、中碳钢及马氏体时效钢、不锈钢等铁基合金中形成的一种典型马氏体组织。等铁基合金中形成的一种典型马氏体组织。图图7.32是低碳钢中的板条马氏体组织，是有许多成是低碳钢中的板条马氏体组织，是有许多成群的、相互平行排列的板条组成，故称为板条马氏体。群的、相互平行排列的板条组成，故称为板条马氏体。l板条马氏体的空间形态是扁条状的。板条马氏体的空间形态是扁条状的。l每个板条为一个单晶体，板条间为每个板条为一个单晶

3、体，板条间为A（残余）。（残余）。l许多条组成一束。许多条组成一束。l亚结构主要为高密度的位错。亚结构主要为高密度的位错。l中、高碳钢及中、高碳钢及FeNi合金中形成的一种典合金中形成的一种典型马氏体组织。型马氏体组织。l片状片状M的空间形态呈双凸透镜状，在光的空间形态呈双凸透镜状，在光学显微镜下则呈针状或竹叶状，故又称学显微镜下则呈针状或竹叶状，故又称针状针状M。lM片之间互不平行，呈一定角度分布。片之间互不平行，呈一定角度分布。在原在原A中先形成的中先形成的M片贯穿整个晶粒，片贯穿整个晶粒，如图。如图。lM片周围存在残余奥氏体。片周围存在残余奥氏体。M最大尺寸最大尺寸取决于原始取决于原始A

4、晶粒大小。晶粒大小。l晶粒越粗大，则晶粒越粗大，则M片越大，当最大尺寸片越大，当最大尺寸的的M片小到光学显微镜无法分辨时，称片小到光学显微镜无法分辨时，称为隐晶为隐晶M。l片状马氏体内部的亚结构主要是孪晶。片状马氏体内部的亚结构主要是孪晶。l在片的边缘为位错网络。在片的边缘为位错网络。l含碳量大于含碳量大于1.4%的钢中可以看到片状的钢中可以看到片状M的中脊面，它的中脊面，它是微细孪晶区。是微细孪晶区。l片状片状M中存在大量显微裂纹。中存在大量显微裂纹。l取决于取决于M的形成温度，而的形成温度，而M的形成温度又主要取决于的形成温度又主要取决于A的化学成分，即碳和合金元素的含量。的化学成分，即碳

5、和合金元素的含量。l碳的影响最大，随着含碳量的增加，板条马氏体数量碳的影响最大，随着含碳量的增加，板条马氏体数量相对减少，片状马氏体的数量相对增加，如图。相对减少，片状马氏体的数量相对增加，如图。lMC在在-Fe中的过饱和固溶体。中的过饱和固溶体。l碳分布在碳分布在-Fe体心立方晶格的体心立方晶格的 c轴上，引起轴上，引起 c轴伸长，轴伸长，a 轴缩短，使轴缩短，使-Fe体心立方晶格发生正方畸变。体心立方晶格发生正方畸变。l因此，因此，M具有体心正方结构，如图具有体心正方结构，如图7.41。轴比。轴比c/a称为称为马氏体的正方度。马氏体的正方度。1 马氏体的硬度和强度：马氏体的硬度和强度：主要

6、取决于马氏体的含主要取决于马氏体的含碳量，如图。碳量，如图。l强化机制：强化机制：l（1）固溶强化）固溶强化l过饱和的间隙原子碳在过饱和的间隙原子碳在相晶格中造成晶格的正相晶格中造成晶格的正方畸变，形成强应力场方畸变，形成强应力场与位错发生强烈的交互与位错发生强烈的交互作用，阻碍位错的运动，作用，阻碍位错的运动，从而提高从而提高M的硬度和强的硬度和强度。度。l（2）相变强化相变强化 M转变时，在晶体内造成晶格缺陷转变时，在晶体内造成晶格缺陷密度很高的亚结构，阻碍位错的运动，使马氏体强化。密度很高的亚结构，阻碍位错的运动，使马氏体强化。l（3）时效强化时效强化 碳原子和合金元素的原子向位错及碳原

7、子和合金元素的原子向位错及其他晶体缺陷处扩散偏聚或碳化物的弥散析出，钉轧其他晶体缺陷处扩散偏聚或碳化物的弥散析出，钉轧位错，使位错难以运动，从而造成马氏体时效强化。位错，使位错难以运动，从而造成马氏体时效强化。l（4）原始奥氏体晶粒大小及板条马氏体束大小对马原始奥氏体晶粒大小及板条马氏体束大小对马氏体强度的影响。这是由于相界面阻碍位错的运动造氏体强度的影响。这是由于相界面阻碍位错的运动造成的马氏体强化。成的马氏体强化。l主要取决于主要取决于M的亚结构。的亚结构。l片状片状M具有高强度、高硬度，但韧性很差，其特点是具有高强度、高硬度，但韧性很差，其特点是硬而脆。板条硬而脆。板条M韧性好得多。韧性

8、好得多。l片状片状M中孪晶亚结构的存在大大减少了有效滑移系；中孪晶亚结构的存在大大减少了有效滑移系；同时在回火时，碳化物沿孪晶面不均匀析出使脆性增同时在回火时，碳化物沿孪晶面不均匀析出使脆性增大；此外，片状大；此外，片状M中含碳量高，晶格畸变大，淬火应中含碳量高，晶格畸变大，淬火应力大，以及存在大量的显微裂纹也是其韧性差的原因。力大，以及存在大量的显微裂纹也是其韧性差的原因。l而板条而板条M中碳化物分布均匀，位错有低密度区，活动中碳化物分布均匀，位错有低密度区，活动有余地，其运动可以缓和局部应力。有余地，其运动可以缓和局部应力。3 马氏体的物理性能：马氏体的物理性能：比容最大，具有铁磁性和高的

9、矫比容最大，具有铁磁性和高的矫顽力，电阻高。顽力，电阻高。1 M转变的热力学特点：转变的热力学特点：l条件：（条件：（1）VVc，（2）深度过冷。）深度过冷。lG=Gv+(Gs+Ge)G总自由能变化；总自由能变化；Gv体积自由能差；体积自由能差；Gs表面能；表面能；Ge弹性应变能；弹性应变能；MsA和和M两项自由能差达到相变所需两项自由能差达到相变所需 要的最小驱动力值时的温度，即开始发生要的最小驱动力值时的温度，即开始发生 M转变的温度。转变的温度。（1 1）无扩散性。）无扩散性。铁原子晶格改组通过原子集体的有铁原子晶格改组通过原子集体的有规律的近程的迁动完成，转变前后成分相同。规律的近程的

10、迁动完成，转变前后成分相同。（2）切变性。）切变性。面心立方变成体心立方晶格，在预先面心立方变成体心立方晶格，在预先抛抛 光的式样表面上光的式样表面上M形成的地方出现宏观倾斜隆起形形成的地方出现宏观倾斜隆起形成表面浮凸。成表面浮凸。（3）共格性。相界面上的原子即属于）共格性。相界面上的原子即属于M又属于又属于A。（4）严格的位向关系和惯习面。）严格的位向关系和惯习面。马氏体和奥氏体之间有下列位向关系：马氏体和奥氏体之间有下列位向关系：110111 111110 惯习面惯习面M在在 A 的特定晶面上形成，这个晶面称的特定晶面上形成，这个晶面称为惯习面。为惯习面。在相变过程中惯习面不变形也不转动，

11、通常以母相在相变过程中惯习面不变形也不转动，通常以母相的指数来表示，随含碳量及的指数来表示，随含碳量及M的形成温度而变化。的形成温度而变化。（1）降温转变（一般）；等温（特殊）。）降温转变（一般）；等温（特殊）。l相变没有孕育期，瞬间形核，瞬间长大。相变没有孕育期，瞬间形核，瞬间长大。lA（残余）（残余）淬火冷却到室温时保留的未转变淬火冷却到室温时保留的未转变A。l冷处理冷处理低于室温冷却的处理方法。低于室温冷却的处理方法。（2）A的稳定化。在外界因素作用下，由于内部结构的稳定化。在外界因素作用下，由于内部结构发生了某种变化，而使奥氏体向马氏体转变温度降低发生了某种变化，而使奥氏体向马氏体转变

12、温度降低和残余奥氏体量增加的转变迟滞现象。和残余奥氏体量增加的转变迟滞现象。l分两类：分两类：a 热稳定化：因等温停留引起热稳定化：因等温停留引起A稳定性提高，而使稳定性提高，而使M 转变滞迟的现象。转变滞迟的现象。b 机械稳定化：机械强化作用使机械稳定化：机械强化作用使A稳定化的现象。稳定化的现象。l相变强化机械稳定化，相变强化机械稳定化，M转变量增高，体积膨胀。转变量增高，体积膨胀。l形变强化机械稳定化，形变强化机械稳定化，Md点以上对点以上对A塑变产生。塑变产生。l在在Ms点以上对点以上对A进行塑变，引起进行塑变，引起A转变量增多，此现转变量增多，此现象称为形变诱发象称为形变诱发M相变。

13、某温度相变。某温度Md以上塑变不能发生以上塑变不能发生此现象。此现象。4 M转变的可逆性：转变的可逆性：l冷却和升温时冷却和升温时A、M的相互转变（一般碳钢中不发生）。的相互转变（一般碳钢中不发生）。l发展强韧化热处理工艺发展强韧化热处理工艺 低碳钢或低合金钢采用强烈淬火，获得板条马氏体。低碳钢或低合金钢采用强烈淬火，获得板条马氏体。中碳低合金钢或中碳合金钢进行高温加热淬火，可提高钢的中碳低合金钢或中碳合金钢进行高温加热淬火，可提高钢的韧性。韧性。高碳钢工件，采用较低温度快速、短时加热淬火，提高韧性。高碳钢工件，采用较低温度快速、短时加热淬火，提高韧性。l防止焊接冷裂纹防止焊接冷裂纹 焊接结构件用钢，希望低碳，焊接结构件用钢，希望低碳，C曲线左移，过冷曲线左移，过冷A不稳定，不稳定，不易形成不易形成M。中碳高强度焊接结构件，采用预热、缓冷措施，防止片状中碳高强度焊接结构件，采用预热、缓冷措施，防止片状M形成。形成。l中锰耐磨铸铁中锰耐磨铸铁 Mn扩大奥氏体相区、降低扩大奥氏体相区、降低Ms点、使点、使C曲线右移，可获得曲线右移，可获得M。