固态相变 教学课件 作者 刘宗昌第4章马氏体相变与马氏体4.4马氏体组织形貌及物理本质.ppt

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1、4.4马氏体的组织形貌及物理本质序言我国是世界上钢淬火技术先进的国家，但认识其内部淬火组织的变化规律则是西方19世纪以后的事情。1878年观察到钢中高碳针状马氏体组织。至1940年才发现低碳板条状马氏体。20世纪下半叶，透射电子显微镜、扫描电镜、隧道扫描显微镜等设备问世及应用，逐渐揭示了马氏体组织结构的实质或真实面貌。4.4.1超低碳马氏体形貌10μm低碳板条状马氏体.0.03C-2Mn0MnVTiNb钢淬火马氏体组织板条状马氏体组织特征示意图4.4.2低碳淬火马氏体SEM20CrMo钢板条状马氏体组织2Cr13钢淬火马氏体组织TEM2Cr13钢马氏体板条内的缠结位错和层

2、错TEM20Cr2Ni4钢板条状马氏体组织（a）和板条内的高密度位错和层错（b）低碳钢立方马氏体（<0.2%C）体心立方结构。具有高密度位错（约0.3~0.9×1012cm-2）的亚结构，属位错马氏体。其惯习面原为｛111｝γ，后来修改为｛557｝γ。与母相的位向关系为K-S关系。近年来研究发现板条状马氏体中除了高密度位错外，也有细微层错和少许孪晶。4.4.3．中碳钢、高碳钢(>0.2~1.9%C)正方马氏体1.含碳量>0.2%时，晶体结构都是体心正方的。2.中碳钢马氏体亚结构主要是高密度位错,有时含孪晶.碳含量提高，孪晶数量增加。3.高碳钢马氏体内的孪晶是相变孪晶，大量

3、的精细而规则的孪晶。4.随着碳含量的提高，从低碳钢的板条状马氏体变为中碳钢的板条状+片状有机结合型马氏体，高碳钢的片状，凸透镜状马氏体。TEM，35CrMo钢板条状马氏体35CrMo钢板条状马氏体内的缠结位错35CrMo钢马氏体板条内的缠结位错和层错TEM45钢板条状马氏体TEM45钢马氏体位错亚结构4.4.4高碳马氏体形貌T10钢高温淬火片状马氏体组织60Si2CrV钢的马氏体组织GC15钢的隐晶马氏体组织CrWMn钢马氏体片内的孪晶和位错马氏体片撞击裂纹(CrWMn)Fe-1.22C马氏体（黑色)(1200℃加热，Ms稍下等温淬火）典型蝶状马氏体Fe—0.88C马氏体

4、形貌(1200℃加热，Ms稍下等温淬火）TEM.T10钢的隐晶马氏体形貌高速钢的隐晶马氏体，钢中马氏体是层错亚结构TEMW6Mo5Cr4V2钢隐晶马氏体中的层错亚结构TEMW6Mo5Cr4V2钢隐晶马氏体中的层错亚结构（左上角是Cu-Al合金马氏体的层错亚结构）Fe-1.9C合金马氏体4.4.5超高碳马氏体球墨铸铁的淬火马氏体组织4.4.6．钢中马氏体物理本质的复杂性表1.各种钢马氏体物理本质的复杂性钢中马氏体的晶体结构钢中淬火马氏体具有体心立方和体心正方结构。奥氏体转变为马氏体时没有成分的变化，淬火新鲜马氏体的碳含量与母相奥氏体相同。固溶于奥氏体中的碳原子全部转移到马氏

5、体晶格点阵中，并且引起晶格常数的变化。奥氏体、马氏体的点阵常数与碳含量的关系钢中的马氏体为体心立方（bcc）、体心正方（bct），在不锈钢和高锰钢中还有密排六方（hcp）结构。立方马氏体和正方马氏体的碳含量的分界值，在20世纪60年代定为0.2%。Fe-C马氏体中碳含量高于0.2%时，晶体结构显示出正方性，变为体心正方晶格。低碳马氏体(<0.2%)中的碳原子处于柯垂尔气团偏聚态.,即马氏体中的碳原子全部被位错所吸纳,故马氏体保持体心立方晶格。当含碳量超过马氏体中位错可能吸纳的极限时，就以间隙溶解态的形式存在，马氏体出现正方度。新鲜马氏体的反常正方性高碳锰钢马氏体的正方度与

6、碳含量的关系1新鲜马氏体；2温度回升到室温后；3普通碳素钢马氏体的正方度高锰钢马氏体晶格常数和碳含量的关系高镍钢马氏体的异常高正方度马氏体晶格和碳原子的可能位置示意图4.4.7.Fe-M系合金马氏体的晶体学参数、亚结构及形貌Fe-Ni、Fe-Ni-C合金马氏体Fe-Ni、Fe-Ni-C合金淬火马氏体形貌因形成温度不同而有三种类型：（1）蝶状马氏体，在较高温度形成，如-30℃。（2）片状马氏体，在较低温度下形成，如-20~-150℃。（3）薄片状马氏体，在最低温度下形成，如<-150℃。Fe-29.8Ni片状马氏体蝶状马氏体Fe-33.5Ni-0.22C薄片状马氏体Fe-N

7、i-C合金马氏体孪晶Fe-Ni-C合金马氏体形貌与含碳量和转变温度的关系随着含碳量的提高，马氏体形貌由板条状向蝴蝶状、条片状、透镜片状演化。Fe-19Mn的ε-马氏体有色合金马氏体（1）.晶体学特征有色金属合金马氏体晶体结构十分复杂。具有代表性的有色合金马氏体的晶体学特征列于表4-4。铜合金马氏体的晶体结构B2结构→2H、3R、或9R结构的马氏体B2结构形成2H、3R、或9R结构的马氏体，基面为，堆垛顺序为：（2H）ABAB……;(3R)ABCABC……（9R）ABCBCACAB……。B2母相→9R马氏体转变铜合金中的马氏体C