【文章內(nèi)容簡介】 合組織； ?Ｍ s點更低的 A， 只形成片狀 M； ?Ｍ s點極低的 A， 只形成薄片狀 M。 但 A層錯能 對其它形態(tài) M的影響 ， 目前還沒有統(tǒng)一認識 。 層錯是一種低能量界面 ， A層錯能越低 ， 相變孿晶的生成越困難 ， 形成位錯亞結(jié)構(gòu)的板 M傾向越大 。 ⑶ 奧氏體層錯能大小的影響 58 研究表明 ， 馬氏體的形態(tài)還與 Ｍ s點處的奧氏體的屈服強度以及馬氏體的強度有關(guān)： ⑷ 奧氏體與馬氏體的強度的影響 ?當奧氏體屈服強度小于 200MPa時：如果形成的M的強度較低 ， 則得到 {111}γ慣習(xí)面的板條狀 M；如果形成的 M的強度較高 ， 則得到 {225}γ慣習(xí)面的片狀 M； ?當奧氏體屈服強度大于 200MPa時 ， 則形成強度較高的 {259}γ慣習(xí)面的片狀 M。 59 還有一種觀點認為 ， 馬氏體內(nèi)部的亞結(jié)構(gòu) ， 取決于相變時的變形方式是滑移還是孿生 ， 即是受二者的臨界切應(yīng)力大小所支配 。 ⑸ 馬氏體滑移和孿生變形的臨界切應(yīng)力大小的影響 60 馬氏體相變也符合一般相變的相變規(guī)律 ，遵循相變的熱力學(xué)條件 。 馬氏體 相變的驅(qū)動力是新相馬氏體與母相奧氏體之間的體積自由能差 。 馬氏體轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)分析 ㈠ 馬氏體轉(zhuǎn)變的驅(qū)動力 61 在 M形成時 ， 除形成新的界面而增加一項界面能 ΔGS外 ， 還因相變時比容增大和維持第二類共格關(guān)系而增加了一項彈性應(yīng)變能 ΔGE。 因此 ， 系統(tǒng)總的自由能變化 ΔG可以用下式表示： ΔG=ΔG V+(ΔG S+ΔG E) ΔGV是 M與 A的體積自由能差 ， 是相變的驅(qū)動力 。 彈性應(yīng)變能 ΔGE一項數(shù)值很大 ， 比界面能 ΔGS大 10多倍 ， 是相變的主要阻力 。 因此 ， 只有深冷到 MS點以下 ， 使 ΔGV增大到足以補償 (ΔGS+ΔGE)時 ， M轉(zhuǎn)變才能發(fā)生 。 這就是 M轉(zhuǎn)變必須在很大的過冷度下才能發(fā)生的原因 。 62 ㈡ 影響鋼 Ms點的因素 鋼的化學(xué)成份 變形和應(yīng)力 奧氏體化條件 淬火冷卻速度 外加磁場 影響因素 Ms點在生產(chǎn)中的意義 制定分級淬火 工藝制度的依據(jù) 淬火馬氏體的 亞結(jié)構(gòu)和性能 鋼在工作溫度時的使用組織 淬火后得到的殘余奧氏體的量 63 一般說來 ， Ms點主要取決于鋼的化學(xué)成份 ， 其中又以碳的影響最為顯著 。 在含碳量小于 %左右時 ， Mf比 Ms的下降更為顯著 。 因而擴大了馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度范圍； 當碳含量大于 %時 ， Mf下降很緩慢 ， 且因 Mf點已降到 0℃以下 ， 致使這類鋼在淬火冷至室溫的組織中將存在較多的殘余奧氏體 。 ⑴ 鋼的化學(xué)成份對 MS的影響 ① 碳的影響 64 ? N、 C在鋼中都形成間隙固溶體 ， 對 γ 相和 α相都有固溶強化作用 ， 其中對 α 相的強化作用更為顯著 ， 因而增大了馬氏體轉(zhuǎn)變的切變阻力 ，使相變需要的驅(qū)動力增大； ? C、 N都是穩(wěn)定 γ 相 的元素 ， 它們降低奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的平衡溫度 T0。 ② N的影響 N對 Ms和 Mf的影響與 C基本相似 ， 它們強烈降低 Ms點 。 原 因 65 一般規(guī)律：鋼中常見的合金元素 ， 除 Al和 Co可以提高 Ms外 ， 其它合金元素均使 Ms降低 。 ③ 合金元素的影響 降低 Ms點的元素 ， 按其影響的強烈順序排列如下： Mn、 Cr、 Ni、 Mo、 Cu、 W、V、 Ti 66 鋼中單獨加入 Si時 ， 對 Ms影響不大 ， 但是在 NiCr鋼中可以降低鋼的 Ms點 。 其中 W、 V、 Ti等強碳化物形成元素在 鋼中多以碳化物形式存在 ， 淬火加熱時一般溶于奧氏體中的量非常少 ， 故對 Ms影響不大 。 67 合金元素對 Ms的影響 ， 主要取決于合金元素對平衡轉(zhuǎn)變溫度 T0、 以及對奧氏體強化效應(yīng)的影響 。 凡強烈降低 T0及強化奧氏體的元素 ， 就強烈降低 Ms，如 Mn、 Cr、 Ni、 Cu和 C類似 ， 既降低 T0溫度又稍增加奧氏體的屈服強度 ， 所以降低 Ms點 。 Al、 Co、 Si、 Mo、 W、 V、 Ti等均提高 T0溫度 ， 但也不同程度地增加奧氏體屈服強度 ： 若提高 T0的作用大時 ， 則使 Ms點升高 ， 如 Al、 Co； 若強化奧氏體的作用大時 ， 則使 Ms點 降低； 若兩方 面 作用大致相當時 ， 則對 Ms影響不大 ， 如 Si 68 C Mn Cr Ni Mo V Cu Si Co Al 330 45 35 30 26 25 7 0 +12 +18 鋼中每增加 1%的合金元素對 Ms產(chǎn)生的影響 另外 ， 合金元素的影響程度還與 C%有關(guān) ， 隨 C%的增加合金元素的影響程度增大 ， 多種合金元素同時加入時的影響情況更加復(fù)雜 。 69 一般來說 ， 形變量越大 ， 形變溫度越低 ， 則形變誘發(fā) M轉(zhuǎn)變量越多 ， 即可使 Ms升高 ， M轉(zhuǎn)變提前發(fā)生 。 ⑵ 變形和應(yīng)力對 MS點的影響 ① 形變的影響 由于 M轉(zhuǎn)變時必然發(fā)生體積膨脹 ， 因此 ， 多向壓應(yīng)力阻礙 M轉(zhuǎn)變 ， 使 Ms降低 。 而拉應(yīng)力和單向的壓應(yīng)力都促進 M轉(zhuǎn)變 ， 使 Ms升高 。 ② 應(yīng)力的影響 70 加熱溫度和保溫時間對 Ms影響較為復(fù)雜 。 ⑶ 奧氏體化條件對 Ms的影響 一般情況下 ， 在完全 A化條件下 ， 加熱溫度升高和保溫時間延長 將使 Ms有所提高；而在不 完全 A化條件下 ，加熱溫度升高和保溫時間延長將使 A中的碳和合金元素含量增加 ， 導(dǎo)致 Ms下降 。 加熱溫度升高和保溫時間延長 碳和合金元素溶入奧氏體 奧氏體晶粒長大 Ms降低 Ms升高 71 ⑷ 淬火冷卻速度對 MS的影響 在一般的生產(chǎn)條件下 ， 冷卻速度對 Ms無影響 。 在高速淬火時 ， Ms隨冷卻速度的增大而升高 。 72 ?冷卻速度增加 ， 使過冷度增大 ， 從而促進馬氏體的形成； ?冷卻速度增加 ， 抑制了 “ 碳原子氣團 ” 的形成 ，使馬氏體相變時的切變阻力降低 ， 而使 MS點升高 。 73 磁場的存在可使 Ms升高 ， 在相同溫度下馬氏體轉(zhuǎn)變量增加 ， 但磁場對 Ms以下的轉(zhuǎn)變行為無影響 。 ⑸ 磁場對 MS的影響 74 外加磁場使具有鐵磁性的 M相趨于更穩(wěn)定 ， 從而使 M相自由能降低 ， 而磁場對非磁相 A無影響 。 因此 ， M與 A的平衡溫度 T0升高 ， 從而 Ms點也隨之升高 。 外加磁場影響馬氏體相變的原因 75 雖然馬氏體相變是切變共格型轉(zhuǎn)變 ， 但馬氏體轉(zhuǎn)變也是一個成核和長大的過程 。 大量研究表明 ， 馬氏體相變是非均勻形核 。 一般認為 ， 馬氏體的核胚是通過能量起伏和結(jié)構(gòu)起伏在高溫母相中的晶體缺陷處等某些有利位置形成的 ， 當奧氏體被過冷到某一溫度時 ， 尺寸大于該溫度下的臨界晶核尺寸的核胚就能夠發(fā)展成為晶核 ， 進而長大成為一片馬氏體 。 馬氏體核胚的形態(tài) ， 一般認為呈薄圓片狀 。 馬氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué) 76 馬氏體相變速度同樣取決于形核率和長大速度 。 鐵合金中馬氏體形成的動力學(xué)是多種多樣的 ， 大體可分為四種類型 。 降溫瞬時形核 、 瞬時長大 等溫形核 、 瞬時長大 自觸發(fā)形核 、 瞬時長大 表面馬氏體 77 這是碳鋼和低合金鋼中最常見的一類馬氏體轉(zhuǎn)變 。 ㈠ 降溫瞬時形核 、 瞬時長大 ? M轉(zhuǎn)變必須在連續(xù)不斷的降溫過程中才能進行 ，瞬時形核 ， 瞬時長大 ， 形核后以極大的速度長大到極限尺寸； ? 相變時 M量的增加 ， 是由于降溫過程中新馬氏體片的形成 ， 而不是已有 M片的長大 。 ? 等溫停留 ， 轉(zhuǎn)變立即停止 。 動力學(xué)特點 78 ① 根據(jù) M相變的熱力學(xué)理論 ， 鋼及鐵系合金中 M相變的熱滯 (T0MS)很大 ， 即相變的驅(qū)動力很大 。 ② M長大過程中 ， 其共格界面上存在的彈性應(yīng)力使界面移動的勢壘很低 ， 而且原子只需作不超過一個原子間距的近程遷移 ， 因此 ， 長大激活能很小 。 所以馬氏體長大速度極快 ， 馬氏體片長大到極限尺寸的時間一般在 104～ 107S內(nèi) 。 因此可認為相變速度僅取決于成核率而與長大速度無關(guān) 。 相變速度僅取決于成核率而與長大速度無關(guān)的原因 79 馬氏體的等溫形核 、 瞬時長大 ， 又稱為馬氏體的等溫形成 。