第4章马氏体转变.ppt
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1、第四章 钢的马氏体转变,钢的主要强化手段 产生M相变的工艺淬火 M相变的定义:凡是相变的基本特征属于切变共格型相变都称为M相变,产物称M,铜、钛合金中也存在M相变 钢的M定义 成分、热处理影响M形态、亚结构,1 马氏体转变的晶体结构和特点,一 、晶体结构 1、晶胞 C可能所处的位置及分布: 面心、棱边中点,即扁八面体中心 分布不均匀 80%位于Z轴扁八面体中心 wc%0.2% 体心正方 正方度c/a :C%高 c/a 大(线性关系4-1公式),2、晶格常数,3、反常正方度 反常正方度:M转变时,c/a与C%的关系不符合4-1式 反常低(Mn 钢) 低温时ab(正交),碳在A中部分无序分布,c/
2、a低 室温时,碳在A中重新分布,有序度增加, c/a接近4-1公式。 反常高 (高Al 钢) 低温时,碳处于同一组空隙位置(完全有序状态) c/a高 室温时,温度回升,碳无序分布, c/a下降,二、马氏体转变的特点,1、表面浮凸和切变共格,共格界面上的原子为M和A两相共有 Fe原子协调切变, 相邻Fe原子位置保持不变 切变推移小于一个原子间距 界面共格弹性应变能大 当弹性应变超过弹性极限共格关系破坏M长大停止,2、无扩散性,-196仍有M转变发生 在A与M中C%相同 速度极快 低碳钢M转变存在微量扩散特点,但以Fe的切变为主,3、新/母相取向关系及惯习面,(1)取向关系 K-S关系 X射线极图
3、测定24种可能取向,常见形式。 011 111 西山关系 12种可能取向,一般工业用钢难见 Fe-Ni 合金及-70以下形成的M存在 011 111 G-T关系(与K-S关系比较): 011 111差1 差2,K-S关系,(2)惯习面(交界面、共格面),基本不畸变和转动 以母相的晶面指数表示 与C%和形成温度有关 不同惯习面上形成的M形态不同 存在原因无法解释 Wc%1.4% 259 Wc% 居中225,四、转变不完全性,M%是温度的函数,M增加是新形成M的贡献,不需要孕育期 等温M相变有时也会出现,但只形成少量M 残余A 转变阻力大:低于Mf点转变仍然进行不彻底 改善措施冷处理,五、可逆性,
4、加热可以使M按照原来的路径转变为母相的现象 有些Fe合金或非Fe合金中存在 钢中一般观察不到(因为加热分解),加热极快有可能,2 马氏体转变的切变模型,一、Bain模型 在A的八面体中心恰好存在bcc晶胞 压缩A的Z轴、拉长X和Y轴,晶体结构即为M的bcc 与K-S关系相符合 C所处的位置被继承 Fe原子通过简单、小距离切变可以实现晶格改组 局限性:不能解释浮凸;惯习面;应变超过弹性范围,二、K-S模型,M(011),三层M(011),M中三层原子投影,第一次切变,第二次切变,切变过程,取向关系明确 转变前后相邻原子位置不变 局限性: 对225、259马氏体无法解释 浮凸与实际不符合,三、G-
5、T模型,第一次切变: 接近259宏观变形(浮凸)三菱结构(非M),它与M112晶体结构相同 第二次切变: 在M112面上111方向体心正方微观尺度、不均匀产生滑移或孪生 微调形成M结构 与实验结果一致,可以解释浮凸、取向、亚结构 C%1.4的钢不适合,四、K-N-V模型,FCC某些不全位错分解形成层错(六方点阵)核胚 M在层错的二维核胚上形成 层错处的堆垛与hcp相同层错在相邻面上扩展和点阵微调M 实验结果得到验证: Cr-Ni不锈钢;高Mn钢;Fe-Ni-Mn钢,3 M的组织形态,一、M的形态 1、板条M (1)构成: 板条:窄而细的单晶;基本单元;条/ 条之间小角度,平行成群分布;有残余A
6、薄膜 束:尺寸相近、平行、成群分布的板条群,它们的惯习面指数相同(4个方向对应于4个111)。束/束之间大角度。 块:在一个束中黑白相间的板条 ,有时不存在。惯习面指数、与母相取向关系相同的板条构成。块/块之间大角度。,(2)亚结构:位错,又称位错M (3)晶体学取向:K-S (4)惯习面:111、225 (5)形成温度高,又称高温M (6)含碳%低,又称低碳M (7) A化温度(晶粒大小)对板条宽度影响不大;但对束尺寸有影响 (8)板条各自单独形核,随后长大合并,2、片(针)状M,形貌:立体为透镜状、相互不平行,中间分布残余A。形成时容易产生撞击,故韧性差。 亚结构:中脊孪晶(形成温度越低此
7、区大)、边缘少量位错。又称孪晶M 取向及惯习面:K-S; 259、225 形成温度低,又称低温M 碳%高,又称高碳M,3、其他形态M,蝶状M(Fe-Ni合金) 立体V型柱状,断面蝶状。两翼为取向不同的片状M,两片之间呈孪晶关系。 片状M中是高密度位错 K-S 形成温度在上者之间,3、其他形态M,薄片M(Ni钢) 立体:薄片;平面:细带状,还有交叉、分枝等特征 无中脊 孪晶亚结构 K-S; 259,3、其他形态M,马氏体 不锈钢、高Mn钢存在 极薄片状 A层错能低容易形成 亚结构:大量层错 hcp 结构 111 有时与体心M共存,体心M在其内部形成,小结(钢),二、影响M形态及亚结构的因素,1、
8、成分: C% 缩小区的合金元素板条M增加 降低层错能的合金元素 马氏体增加 2、形成温度(MS ) 随温度降低板条M减少 合金钢MS 低板条M减少,3、A的层错能 低不容易形成孪晶M 容易形成板条M 4、A与M的强度 Ms点时A的屈服强度 206MPa 强度高的片M 259,4马氏体转变的热力学,一、驱动力 1、驱动力 2、相变阻力 新相界面能 弹性应变能(维持共格) 宏观均匀切变功 形成亚结构功 相变时邻近A协作变形功 综上所述:相变过冷度大,3、相变 热力学条件深度过冷 母相中缺陷的作用 可能提高母相的强度相变阻力 也可能是相变驱动力 外加应力相变阻力,二、Ms意义 M相变所需要的最小过冷
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