材料科学基础(相变)4教材课件.ppt
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1、耿耿 林林哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学材料科学与工程学院材料科学与工程学院材料科学基础材料科学基础(材料相变原理)(材料相变原理)第第4章章 马氏体转变马氏体转变钢经过奥氏体化后,快速冷却到珠光体转变温度以钢经过奥氏体化后,快速冷却到珠光体转变温度以下,不发生珠光体转变,在较低的温度下发生非扩下,不发生珠光体转变,在较低的温度下发生非扩散型相变,称为马氏体相变。散型相变,称为马氏体相变。马氏体相变是钢中最主要的相变,是钢热处理强化马氏体相变是钢中最主要的相变,是钢热处理强化的重要手段。的重要手段。凡相变的基本特征属于马氏体型的转变产物都称为凡相变的基本特征属于马氏体型的转变产物都称为马氏体。马
2、氏体。本章主要内容包括:马氏体的晶体结构、组织形态、本章主要内容包括:马氏体的晶体结构、组织形态、转变特点、转变机理、热力学、动力学、强化机理转变特点、转变机理、热力学、动力学、强化机理和性能特点。和性能特点。第第4章章 马氏体转变马氏体转变4.1 钢中马氏体的晶体结构钢中马氏体的晶体结构一、马氏体的点阵结构与碳原子的分布:一、马氏体的点阵结构与碳原子的分布:奥氏体是面心立方晶体结构,其奥氏体是面心立方晶体结构,其正八面体间隙尺寸较大,因此碳正八面体间隙尺寸较大,因此碳原子占据奥氏体中的正八面体间原子占据奥氏体中的正八面体间隙所产生的畸变能较小,因此奥隙所产生的畸变能较小,因此奥氏体对碳原子的
3、溶解度较高,在氏体对碳原子的溶解度较高,在1148时可以达到时可以达到2.112.11。所以。所以在奥氏体状态下,钢中的碳可以在奥氏体状态下,钢中的碳可以全部溶入奥氏体,形成稳定固溶全部溶入奥氏体,形成稳定固溶体。体。间隙半径是原子间隙半径是原子半径的半径的0.414倍倍第第4章章 马氏体转变马氏体转变4.1 钢中马氏体的晶体结构钢中马氏体的晶体结构一、马氏体的点阵结构与碳原子的分布:一、马氏体的点阵结构与碳原子的分布:铁素体是体心立方晶体结构,铁素体是体心立方晶体结构,其八面体间隙尺寸在一个方向其八面体间隙尺寸在一个方向上较小,导致碳原子占据铁素上较小,导致碳原子占据铁素体中扁八面体间隙时,
4、产生较体中扁八面体间隙时,产生较大的极性畸变能,因此铁素体大的极性畸变能,因此铁素体对碳原子的溶解度较低,在对碳原子的溶解度较低,在727时可以达到时可以达到0.02180.0218。所以在铁素体状态下,钢中大所以在铁素体状态下,钢中大多数碳不能溶入铁素体,否则多数碳不能溶入铁素体,否则将形成不稳定的过饱和固溶体。将形成不稳定的过饱和固溶体。间隙半径是原子间隙半径是原子半径的半径的0.154倍倍第第4章章 马氏体转变马氏体转变4.1 钢中马氏体的晶体结构钢中马氏体的晶体结构一、马氏体的点阵结构与碳原子的分布:一、马氏体的点阵结构与碳原子的分布:马氏体转变是在较低的温度进行的,转变时铁原子和马氏
5、体转变是在较低的温度进行的,转变时铁原子和碳原子都不能扩散,铁原子从奥氏体的面心立方晶格碳原子都不能扩散,铁原子从奥氏体的面心立方晶格相铁素体的体心立方晶格的转变是依靠非扩散的共格相铁素体的体心立方晶格的转变是依靠非扩散的共格切变来完成,但碳原子不能从铁原子的晶格中扩散出切变来完成,但碳原子不能从铁原子的晶格中扩散出去,而被过饱和地固溶在铁素体中,形成了过饱和的去,而被过饱和地固溶在铁素体中,形成了过饱和的-Fe-Fe固溶体,这就是马氏体。固溶体,这就是马氏体。从上面分析看出,马氏体应该是具有体心立方晶体结从上面分析看出,马氏体应该是具有体心立方晶体结构,但实际上马氏体的晶体结构是体心正方。构
6、,但实际上马氏体的晶体结构是体心正方。第第4章章 马氏体转变马氏体转变4.1 钢中马氏体的晶体结构钢中马氏体的晶体结构一、马氏体的点阵结构与碳原子的分布:一、马氏体的点阵结构与碳原子的分布:马氏体体心立方晶体的八面体间隙可以分成三组,每一组马氏体体心立方晶体的八面体间隙可以分成三组,每一组中的间隙位置加入碳原子后,都使一个方向的晶格参数被中的间隙位置加入碳原子后,都使一个方向的晶格参数被拉长。如果拉长。如果80的碳原子都占据三组中的一组,则体心立的碳原子都占据三组中的一组,则体心立方点阵的一个轴被拉长,称为体心正方晶体。这就是马氏方点阵的一个轴被拉长,称为体心正方晶体。这就是马氏体是体心正方结
7、构的原因。体是体心正方结构的原因。XYZ第第4章章 马氏体转变马氏体转变4.1 钢中马氏体的晶体结构钢中马氏体的晶体结构二、马氏体的点阵常数与碳含量的关系:二、马氏体的点阵常数与碳含量的关系:既然马氏体的体心正方结构是由于碳既然马氏体的体心正方结构是由于碳原子的特殊分布造成的,体心正方结原子的特殊分布造成的,体心正方结构的构的c轴一定大于轴一定大于a轴和轴和b轴。轴。c轴和轴和a轴轴晶格常数之比为马氏体的正方度晶格常数之比为马氏体的正方度(c/a)。随碳含量提高,马氏体的点阵常数中随碳含量提高,马氏体的点阵常数中c线性增大,线性增大,a线性降低,线性降低,c/a线性增大。线性增大。一般来说,碳
8、含量低于一般来说,碳含量低于0.25%的板条马的板条马氏体的正方度接近氏体的正方度接近1,为体心立方结构。,为体心立方结构。合金元素对马氏体的正方度几乎没有合金元素对马氏体的正方度几乎没有影响。影响。马氏体的点阵常数马氏体的点阵常数与碳含量的关系与碳含量的关系第第4章章 马氏体转变马氏体转变4.1 钢中马氏体的晶体结构钢中马氏体的晶体结构三、新生马氏体的异常正方度:三、新生马氏体的异常正方度:一些新生马氏体的正方度与碳含量的关系不符合理论计算结果。一些新生马氏体的正方度与碳含量的关系不符合理论计算结果。有的与计算结果相比非常低,称为异常低正方度,其原因可能是碳原有的与计算结果相比非常低,称为异
9、常低正方度,其原因可能是碳原子在三个亚点阵中无序分布,导致子在三个亚点阵中无序分布,导致abc各不各不相等,形成正交点阵。相等,形成正交点阵。有的与计算结果相比非常高,称为异常高正方度,其原因可能是碳原有的与计算结果相比非常高,称为异常高正方度,其原因可能是碳原子全部占据某一个亚点阵,这时子全部占据某一个亚点阵,这时a ab b,形成正方点阵。,形成正方点阵。四、马氏体中的点阵畸变:四、马氏体中的点阵畸变:马氏体中的八面体间隙是扁八面体间隙,间隙半径只有马氏体中的八面体间隙是扁八面体间隙,间隙半径只有0.019nm,而,而碳原子半径为碳原子半径为0.077nm。所以碳原子溶入后使铁原子间隙短轴
10、方向间。所以碳原子溶入后使铁原子间隙短轴方向间距拉长距拉长36,另外两个方向收缩,另外两个方向收缩4,并产生非常严重的非对称畸变,并产生非常严重的非对称畸变,称为畸变偶极,形成强烈的应力场。称为畸变偶极,形成强烈的应力场。第第4章章 马氏体转变马氏体转变4.2 马氏体相变的主要特点马氏体相变的主要特点一、切变共格和表面浮凸现象:一、切变共格和表面浮凸现象:奥氏体向马氏体晶体结构的转变是靠切变进行的,由于切变使相界面奥氏体向马氏体晶体结构的转变是靠切变进行的,由于切变使相界面始终保持共格关系,因此称为切变共格。始终保持共格关系,因此称为切变共格。由于切变导致在抛光试样表面在马氏体相变之后产生凸起
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