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貝氏(shi)體(ti)(ti)、馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)、珠光體(ti)(ti)的(de)比(bi)較 發布時間:2018-03-27   瀏覽量:1753次

一、 組織(zhi)形態

珠光體

由一層鐵素體(ti)和一層滲碳(tan)體(ti)交替平(ping)行堆疊而形成的雙相組(zu)織。

珠光(guang)體的片層間距(ju)主要取決于珠光(guang)體形成時的過(guo)冷度,而與奧氏(shi)體晶粒度無關。S= ( 8.02/?)×103 (nm)

貝(bei)氏體

上貝氏(shi)體形成于貝氏體轉變區較高溫度范圍,中、高碳鋼大約在350-550℃形成。

上(shang)貝氏體(ti)為(wei)成束分布、平行排列的(de)條狀鐵素(su)體(ti)和夾于其間的(de)斷續條狀滲碳體(ti)的(de)混合物。多在奧氏體(ti)晶(jing)(jing)界(jie)形核,自晶(jing)(jing)界(jie)的(de)一(yi)側(ce)或兩側(ce)向晶(jing)(jing)內長大,具有(you)羽毛狀特征(zheng)。

亞結(jie)構是(shi)位錯(cuo)


下貝氏體形成于貝氏體轉變區較低溫度范圍,中、高碳鋼大約在350-Ms之間溫(wen)度形(xing)成(cheng)。

下貝(bei)氏(shi)體是由(you)過飽和片狀(zhuang)鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體和其內部沉(chen)淀的滲碳體組成的機械混合物。鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體片空間呈(cheng)(cheng)雙凸透鏡狀(zhuang),截面(mian)為針狀(zhuang)或(huo)竹葉狀(zhuang),片間呈(cheng)(cheng)一(yi)定角度,可在奧氏(shi)體晶界形核(he),也可在奧氏(shi)體晶內形核(he)。下貝(bei)氏(shi)體的鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體中碳化物細(xi)小、彌散、呈(cheng)(cheng)粒狀(zhuang)或(huo)條狀(zhuang),沿著與鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體長軸成一(yi)定角度平行排列。

下貝(bei)氏體鐵(tie)素體的亞結(jie)構為位錯,密(mi)度(du)比上貝(bei)氏體高。

下貝(bei)氏(shi)體(ti)中(zhong)鐵(tie)素體(ti)過飽和碳含量高于上(shang)貝(bei)氏(shi)體(ti)。

馬氏體

板條馬氏體是低、中碳鋼中形成的一種典型馬氏體組織,在一個原奧氏體晶粒內部有幾個(35個(ge)(ge))馬(ma)氏體板(ban)條(tiao)束(shu)(shu),板(ban)條(tiao)束(shu)(shu)間取(qu)向隨(sui)意;在(zai)一(yi)個(ge)(ge)板(ban)條(tiao)束(shu)(shu)內有若(ruo)干個(ge)(ge)相互(hu)平行的(de)(de)板(ban)條(tiao)塊(kuai),塊(kuai)間是(shi)大角(jiao)(jiao)晶(jing)界(jie);在(zai)一(yi)個(ge)(ge)板(ban)條(tiao)塊(kuai)內是(shi)若(ruo)干個(ge)(ge)相互(hu)平行的(de)(de)馬(ma)氏體板(ban)條(tiao),板(ban)條(tiao)間是(shi)小角(jiao)(jiao)晶(jing)界(jie)。馬(ma)氏體板(ban)條(tiao)內存在(zai)大量的(de)(de)位錯(cuo),所以板(ban)條(tiao)馬(ma)氏體的(de)(de)亞結(jie)構是(shi)高(gao)密度的(de)(de)位錯(cuo)和位錯(cuo)纏結(jie)。

板條(tiao)狀馬(ma)氏體也(ye)稱為位錯型(xing)馬(ma)氏體。

片狀馬(ma)氏體是中、高碳鋼中形(xing)成的一種典型(xing)馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)組織,在一個(ge)原奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)晶粒內部有許多(duo)相(xiang)互(hu)有一定角度(du)的馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)片。馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)片的空間形(xing)態為(wei)雙凸透鏡狀,橫(heng)截(jie)面為(wei)針狀或竹葉狀。在原奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)晶粒中首先形(xing)成的馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)片貫穿整個(ge)晶粒,將(jiang)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)晶粒分割,以后陸續形(xing)成的馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)片越來越小,所以馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)片的尺寸取決(jue)于原始奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)晶粒的尺寸。

片狀(zhuang)馬氏體(ti)(ti)的形(xing)成溫度較低,在(zai)(zai)馬氏體(ti)(ti)片的周圍往往存(cun)在(zai)(zai)著殘余奧氏體(ti)(ti)。

片狀馬(ma)氏體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)內部亞(ya)結構主要是(shi)孿晶。當碳含量較高時,在馬(ma)氏體(ti)(ti)(ti)片中可以看到中脊,中脊面(mian)是(shi)密度(du)很高的(de)(de)微孿晶區。

由于馬氏(shi)體片形成時(shi)的相(xiang)互撞擊(ji),馬氏(shi)體片中存(cun)在大量的顯微裂紋。


二、 晶體結構(gou)

珠光體(ti)

鐵(tie)素體(ti):體(ti)心立方(fang);滲碳體(ti):復雜晶格

貝(bei)氏體

體心立方

馬氏體

體心(xin)正方


三、 形成的熱力學(xue)條件


珠光體(ti)

動力是體系自由能的下降(jiang),其大(da)小取決于轉變溫度。過冷(leng)度越大(da),轉變驅動力越大(da)。

珠光體(ti)轉變(bian)溫度(du)較(jiao)(jiao)(jiao)高,原子擴(kuo)散(san)能力較(jiao)(jiao)(jiao)強,在(zai)較(jiao)(jiao)(jiao)小的過冷度(du)時(shi)就可以發生珠光體(ti)轉變(bian)。

貝氏(shi)體

驅動力是體(ti)系的自(zi)由能(neng)差,阻力包括界面能(neng)和界面彈性(xing)應變能(neng)。

由于碳(tan)的(de)擴(kuo)散,降低(di)了(le)形成(cheng)貝氏(shi)體(ti)中鐵素體(ti)的(de)碳(tan)含量(liang),使鐵素體(ti)的(de)自由能降低(di),增大了(le)新舊兩(liang)相的(de)自由能差,提高(gao)了(le)相變(bian)驅動力(li)。

另一方面,碳原子從(cong)奧氏體(ti)(ti)中析出(chu),使奧氏體(ti)(ti)中出(chu)現貧碳區,降低了(le)切(qie)變(bian)阻力,使切(qie)變(bian)可(ke)以在較高溫度發生。

馬(ma)氏體(ti)

驅動力是(shi)在轉變(bian)溫度下(xia)奧氏體(ti)(ti)與馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)的自由能(neng)差,而轉變(bian)阻力是(shi)界(jie)面(mian)(mian)能(neng)和界(jie)面(mian)(mian)彈性(xing)應變(bian)能(neng)。馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)相(xiang)變(bian)新相(xiang)與母(mu)相(xiang)完全共格,同時體(ti)(ti)積效應很(hen)大(da),因此界(jie)面(mian)(mian)彈性(xing)應變(bian)能(neng)很(hen)大(da)。為了克服這一相(xiang)變(bian)阻力,驅動力必(bi)須足夠大(da)。因此馬(ma)(ma)氏體(ti)(ti)相(xiang)變(bian)必(bi)須有(you)很(hen)大(da)的過冷度。


四、 形成過程


珠光體

珠光體轉變(bian)溫度較(jiao)高,鐵原子和碳原子都(dou)可以發生擴(kuo)散(san),屬于擴(kuo)散(san)型相(xiang)變(bian)。

形(xing)核:形(xing)核部(bu)位是奧(ao)氏(shi)體晶界或奧(ao)氏(shi)體與其它相(xiang)(滲(shen)(shen)碳體,鐵(tie)素體)的相(xiang)界面(mian)。領先相(xiang)可以(yi)是鐵(tie)素體,也可以(yi)是滲(shen)(shen)碳體。

長(chang)大:橫向長(chang)大很好理解(jie):形(xing)成(cheng)一(yi)片(pian)滲(shen)碳體(ti)后,兩(liang)側奧氏體(ti)中碳濃(nong)度下降,促進了鐵素(su)體(ti)形(xing)核,并平行(xing)于滲(shen)碳體(ti)片(pian)生長(chang),結果又導致滲(shen)碳體(ti)片(pian)的形(xing)核與長(chang)大,最(zui)后得到(dao)片(pian)層相間(jian)的平行(xing)的珠(zhu)光體(ti)團(tuan)。

縱(zong)向長大(da)可(ke)以由碳擴散(san)過程來解釋。碳在奧氏體中的(de)擴散(san)速(su)度決定了珠光體的(de)縱(zong)向長大(da)速(su)度。晶格的(de)重構是由鐵(tie)原子的(de)自擴散(san)完成(cheng)的(de)。

貝氏體

貝氏體(ti)轉變是一(yi)個形核(he)(he)長大(da)的(de)過(guo)程(cheng),形核(he)(he)需要有(you)一(yi)定(ding)的(de)孕育(yu)期。在孕育(yu)期內碳原子在奧(ao)氏體(ti)中(zhong)重新分布(bu),形成(cheng)貧碳區,并成(cheng)為鐵素體(ti)的(de)形核(he)(he)部位,達(da)到臨界晶核(he)(he)尺寸后,將不斷長大(da)。

由于轉變(bian)溫度較低,鐵原子(zi)不能(neng)擴散,鐵素體(ti)按共格(ge)切(qie)變(bian)方式長(chang)大,形成(cheng)鐵素體(ti)條或片。

鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)晶核(he)長大過程中,過飽和的碳(tan)從鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)向奧氏體(ti)(ti)(ti)中擴散,并于鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)條間或鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)內部(bu)沉淀析出碳(tan)化物,因此貝氏體(ti)(ti)(ti)長大速度受碳(tan)的擴散控制。

按共格切變方(fang)式長大的鐵素體和(he)富碳(tan)(tan)奧氏體或碳(tan)(tan)化(hua)物的混合(he)組織,稱(cheng)為(wei)貝氏體。

貝(bei)氏體(ti)(ti)轉變包括(kuo)鐵素體(ti)(ti)的成長(chang)與碳化物的析出兩(liang)個基本過程,它們決定了(le)貝(bei)氏體(ti)(ti)中(zhong)兩(liang)個基本相(xiang)的特征。

在(zai)上(shang)貝氏(shi)體(ti)形成溫(wen)度范圍內(nei),首先在(zai)奧氏(shi)體(ti)晶(jing)界(jie)(jie)或附近(jin)貧(pin)碳區形成鐵素體(ti)晶(jing)核(he),并成排地向(xiang)(xiang)奧氏(shi)體(ti)晶(jing)粒(li)內(nei)長大(da)。條狀鐵素體(ti)前(qian)沿碳原(yuan)子不(bu)斷向(xiang)(xiang)兩側擴散,鐵素體(ti)中多余的碳向(xiang)(xiang)兩側相界(jie)(jie)面擴散。

由于碳在鐵(tie)素體(ti)(ti)中(zhong)的擴(kuo)散(san)速度大(da)于在奧(ao)氏體(ti)(ti)中(zhong)的擴(kuo)散(san)速度,碳在鐵(tie)素體(ti)(ti)兩側的奧(ao)氏體(ti)(ti)中(zhong)富(fu)集(ji),到一定(ding)程度時(shi),在鐵(tie)素體(ti)(ti)條(tiao)間(jian)沉淀出滲碳體(ti)(ti)。

下貝氏體(ti)形成(cheng)(cheng)溫度(du)較低,首先在奧(ao)氏體(ti)晶(jing)界或晶(jing)內貧碳(tan)區形成(cheng)(cheng)鐵素體(ti)晶(jing)核,并長(chang)大成(cheng)(cheng)片狀。由(you)于(yu)轉變(bian)溫度(du)較低,碳(tan)原子(zi)在奧(ao)氏體(ti)中(zhong)擴(kuo)散困難,很難遷移(yi)至晶(jing)界,而(er)碳(tan)在鐵素體(ti)中(zhong)可(ke)以擴(kuo)散。

因此在(zai)鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)長大(da)的(de)(de)同(tong)時,碳(tan)原(yuan)子(zi)只(zhi)能(neng)在(zai)鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)某(mou)些亞晶界或(huo)晶面(mian)上聚(ju)集,進而(er)沉淀析(xi)出細(xi)片狀碳(tan)化物(wu)。在(zai)一片鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)長大(da)的(de)(de)同(tong)時,其它方向(xiang)的(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)也會形成。

馬氏體(ti)

非(fei)均勻形(xing)核(he):以晶體缺陷和內表面(mian)等為核(he)心(xin)形(xing)成馬(ma)氏體核(he)胚(pei)。面(mian)心(xin)立方密排(pai)面(mian)層錯出現(xian)密排(pai)六方單元(yuan)而成為馬(ma)氏體核(he)胚(pei)。γ→ε→α’

自促發(fa)形(xing)核(he):已經生成(cheng)的(de)馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)(ti)能促發(fa)未轉(zhuan)變母(mu)相的(de)形(xing)核(he),稱為自促發(fa)形(xing)核(he)。一(yi)個原奧氏(shi)體(ti)(ti)晶粒內部往往在某一(yi)處形(xing)成(cheng)幾片(pian)馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)(ti)。晶界不是馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)(ti)占優(you)勢(shi)的(de)形(xing)核(he)部位,等溫轉(zhuan)變主(zhu)要是自促發(fa)形(xing)核(he)。

貝茵模型、K-S切變模型(xing)


五、動力學

珠光體

1、 珠光(guang)體的形(xing)核率(lv)和長(chang)大速

珠光體(ti)(ti)(ti)形核(he)(he)(he)率和長(chang)(chang)大(da)(da)速(su)(su)率與形成溫度(du)(du)(du)的(de)關系:隨轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)變(bian)溫度(du)(du)(du)降低(di),過冷度(du)(du)(du)增(zeng)大(da)(da),奧氏體(ti)(ti)(ti)與珠光體(ti)(ti)(ti)自由能差(cha)增(zeng)大(da)(da),轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)變(bian)動力增(zeng)大(da)(da),形核(he)(he)(he)率增(zeng)大(da)(da)。隨轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)變(bian)溫度(du)(du)(du)降低(di),原子(zi)活動能力減弱,形核(he)(he)(he)率減小(xiao)。隨轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)變(bian)溫度(du)(du)(du)降低(di),原子(zi)擴(kuo)散速(su)(su)度(du)(du)(du)減慢,晶(jing)核(he)(he)(he)長(chang)(chang)大(da)(da)速(su)(su)度(du)(du)(du)降低(di)。隨轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)變(bian)溫度(du)(du)(du)降低(di),奧氏體(ti)(ti)(ti)中的(de)碳(tan)濃度(du)(du)(du)差(cha)增(zeng)大(da)(da),碳(tan)濃度(du)(du)(du)擴(kuo)散速(su)(su)度(du)(du)(du)提高,晶(jing)核(he)(he)(he)長(chang)(chang)大(da)(da)速(su)(su)度(du)(du)(du)提高。隨轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)變(bian)溫度(du)(du)(du)降低(di),珠光體(ti)(ti)(ti)片層間距減小(xiao),C原子(zi)運(yun)動距離減小(xiao),珠光體(ti)(ti)(ti)長(chang)(chang)大(da)(da)速(su)(su)度(du)(du)(du)提高珠光體(ti)(ti)(ti)的(de)形核(he)(he)(he)和長(chang)(chang)大(da)(da)速(su)(su)度(du)(du)(du)與轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)(zhuan)變(bian)溫度(du)(du)(du)的(de)關系曲線均(jun)有極大(da)(da)值。

珠光(guang)體的(de)形(xing)核和長大(da)速(su)率與(yu)轉變時間(jian)的(de)關系:隨轉變時間(jian)增加,形(xing)核率增大(da),晶(jing)核長大(da)速(su)度變化(hua)不大(da)。

2、 珠(zhu)光體轉變動力學圖

珠(zhu)光體轉(zhuan)變有孕(yun)育期(qi)。隨轉(zhuan)變溫度(du)降(jiang)低,孕(yun)育期(qi)減小,某(mou)一(yi)溫度(du)孕(yun)育期(qi)最短(duan),溫度(du)再降(jiang)低,孕(yun)育期(qi)又增加。

隨轉(zhuan)變時間增加(jia),轉(zhuan)變速度(du)提高,當轉(zhuan)變量超(chao)過(guo)50%時,轉(zhuan)變速度(du)又逐漸(jian)降低,直至轉(zhuan)變完成。

3、 影響珠(zhu)光體轉變的動力學(xue)因素(su)

碳(tan)含量(liang):亞共析(xi)(xi)鋼(gang),碳(tan)含量(liang)增加,先共析(xi)(xi)鐵(tie)素體析(xi)(xi)出速(su)度(du)降低(di),珠光體轉(zhuan)變速(su)度(du)也降低(di)。過共析(xi)(xi)鋼(gang),碳(tan)含量(liang)增加,先共析(xi)(xi)滲碳(tan)體析(xi)(xi)出速(su)度(du)增大,珠光體轉(zhuan)變速(su)度(du)提(ti)高。

奧氏體(ti)成(cheng)分(fen)均勻性(xing)和(he)碳化物溶解(jie)情況的影(ying)響:奧氏體(ti)成(cheng)分(fen)不均勻和(he)有(you)未溶碳化物時(shi),先共(gong)析(xi)相和(he)珠光(guang)體(ti)的形成(cheng)速度(du)提(ti)高(gao)。

奧氏體(ti)晶粒度的影響:奧氏體(ti)晶粒細小(xiao),先共析相(xiang)和珠光體(ti)的形成速度提高。

奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)化(hua)溫度和時間(jian)影響:奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)化(hua)溫度提高或(huo)保溫時間(jian)延長(chang)(chang),碳(tan)化(hua)物進(jin)一(yi)步溶解,奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)更加(jia)均勻,經(jing)歷進(jin)一(yi)步長(chang)(chang)大,珠光體(ti)轉變推(tui)遲。

應(ying)力(li)和塑性(xing)變(bian)形(xing)(xing)的影(ying)響:對奧氏(shi)體進行拉應(ying)力(li)或塑性(xing)變(bian)形(xing)(xing),珠光(guang)體轉變(bian)速度加快。

貝氏體(ti)

1、 等溫(wen)形成動力學具有擴(kuo)散型相變特征:

具有孕育期,開(kai)始(shi)階段轉變速度較低,然后迅速增大,隨后逐(zhu)漸減(jian)小,趨于恒定。

2、 轉變的(de)不(bu)完全(quan)性——存在殘余奧氏體:

提高奧(ao)氏體化溫度(du)和鋼的(de)合金化程度(du),使轉變(bian)不(bu)完(wan)全性增大。

提高(gao)等溫轉變溫度(du),使轉變不完(wan)全性增(zeng)大。

繼續(xu)等溫,殘余奧氏體可能轉(zhuan)變為(wei)珠光體或(huo)一直保持不變。

后續(xu)降溫,殘余奧氏體可(ke)能(neng)轉變為馬氏體或一(yi)直保持不(bu)變。

3、 貝氏體(ti)的轉變速度控制因素:

上貝氏體(ti)的轉變速(su)度取(qu)決于(yu)碳在(zai)奧(ao)氏體(ti)中的擴散(san)速(su)度。

下貝氏體的(de)轉變(bian)速(su)度取決于碳在鐵素體中的(de)擴散速(su)度。

馬氏體

1、 碳鋼(gang)和(he)低(di)合金鋼(gang)中的馬氏體降(jiang)溫轉變

奧氏體快冷至Ms點以下時,立即生成一批馬氏體,不需要孕育期。溫度繼續下降,又出現第二批馬氏體,而先形成的馬氏體不再長大,直至Mf溫度轉變結束。

馬(ma)氏體形(xing)(xing)核(he)及長大速度(du)(du)極(ji)快,瞬間(jian)(jian)形(xing)(xing)核(he),瞬間(jian)(jian)長大。馬(ma)氏體轉變(bian)量(liang)是溫度(du)(du)的(de)函數,取決于冷卻(que)達到的(de)溫度(du)(du),與在(zai)某一(yi)溫度(du)(du)停留時間(jian)(jian)無關。

馬(ma)氏體轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian)導致體積膨脹,使剩余的奧氏體受到壓應力(li),發生塑性變(bian)(bian)(bian)形,產生強化,繼續轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian)為(wei)馬(ma)氏體的阻力(li)增大(da)。因此在某(mou)一(yi)溫度(du)馬(ma)氏體轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian)結(jie)束后,要繼續轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian),必(bi)須繼續降(jiang)溫,提(ti)供更大(da)的相變(bian)(bian)(bian)驅(qu)動力(li)。這(zhe)就(jiu)是馬(ma)氏體轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian)一(yi)般為(wei)降(jiang)溫轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian)的原因。

2、 Fe-Ni合(he)金(jin)中的爆發式(shi)轉變(bian)

Ms點(dian)低(di)于0℃的(de)Fe-Ni合金(jin)冷卻到0℃以下的(de)某(mou)一溫度(du)(Mb)時,馬氏體相(xiang)變突(tu)然發生,并伴有聲(sheng)響,放出(chu)相(xiang)變潛熱。

隨(sui)Ni含量(liang)增加(jia),爆發(fa)轉變溫度下(xia)(xia)降(jiang)(jiang),爆發(fa)轉變量(liang)提高,后續降(jiang)(jiang)溫轉變速度下(xia)(xia)降(jiang)(jiang);當Ni含量(liang)特別高時,爆發(fa)轉變量(liang)急劇下(xia)(xia)降(jiang)(jiang)。

3、 等(deng)溫轉變(bian)和表(biao)面轉變(bian)

Ms點低于0℃的(de)Fe-Ni-Mn合金(jin)在低溫(wen)(wen)下(xia)可(ke)以(yi)發生等溫(wen)(wen)轉(zhuan)變(bian),轉(zhuan)變(bian)動力學呈“C”曲線特征,形核需要孕(yun)育期,長大速度(du)很快。

Ms點(dian)略低于0℃的Fe-Ni-C合金在0℃放置(zhi)時(shi),試(shi)樣(yang)表(biao)(biao)(biao)面會發生(sheng)馬(ma)(ma)氏體轉變(bian)。這種在稍高于合金Ms點(dian)溫度(du)下試(shi)樣(yang)表(biao)(biao)(biao)層發生(sheng)的馬(ma)(ma)氏體轉變(bian)稱為馬(ma)(ma)氏體表(biao)(biao)(biao)面轉變(bian),得到的馬(ma)(ma)氏體為表(biao)(biao)(biao)面馬(ma)(ma)氏體。表(biao)(biao)(biao)面應力狀態導致。


六、特征

珠(zhu)光體


貝(bei)氏(shi)體

1、貝氏體轉(zhuan)變需要一定(ding)的孕育(yu)期,可以(yi)等溫形成,也可以(yi)連續(xu)冷卻轉(zhuan)變。

2、貝氏體(ti)(ti)(ti)轉變(bian)是形核(he)長(chang)大過(guo)程;鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)按共格(ge)切變(bian)方式長(chang)大,產生表面浮凸(tu);碳(tan)原(yuan)子可以擴(kuo)散(san),鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)長(chang)大速(su)度受碳(tan)擴(kuo)散(san)控制,速(su)度較慢。

3、貝氏體轉變有上限溫度(Bs)和下限溫(wen)度(Bf)。

4、較(jiao)(jiao)高(gao)溫度(du)形(xing)成(cheng)的貝氏體中(zhong)碳化物分布在鐵(tie)素(su)體條之間,較(jiao)(jiao)低(di)溫度(du)形(xing)成(cheng)的貝氏體中(zhong)碳化物主要分布在鐵(tie)素(su)體條內(nei)部(bu);隨形(xing)成(cheng)溫度(du)下降,貝氏體中(zhong)鐵(tie)素(su)體的碳含量(liang)升高(gao)。

5、上(shang)貝氏(shi)(shi)體(ti)(ti)轉變(bian)速(su)度取決(jue)于碳在奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)中的擴散(san)速(su)度;下貝氏(shi)(shi)體(ti)(ti)轉變(bian)速(su)度取決(jue)于碳在鐵素體(ti)(ti)中的擴散(san)速(su)度。

6、上貝氏體中鐵素體的慣習面是(shi)(111) γ;下貝(bei)氏(shi)體鐵素(su)體的慣習(xi)面是(225)γ;貝氏體(ti)(ti)中鐵素體(ti)(ti)與(yu)奧(ao)氏體(ti)(ti)之間存在(zai)K-S位向關系。

馬氏體(ti)

共格切變,無(wu)擴散。

1、 切變(bian)共格和表面浮凸現象(xiang):

奧氏體向馬氏體晶體結構的轉變是靠切(qie)變進(jin)行(xing)的,由于切(qie)變使相界面始終(zhong)保(bao)持共格關系,因此稱為切(qie)變共格。

由于切變導致在拋光試樣表面(mian)在馬(ma)氏體相變之(zhi)后產生凸起,即表面(mian)浮凸現(xian)象。

2、 馬氏體(ti)轉(zhuan)變的無擴散性:

原子(zi)(zi)(zi)不發生擴散,但(dan)發生集(ji)體運動,原子(zi)(zi)(zi)間相對運動距(ju)離(li)不超過一個(ge)原子(zi)(zi)(zi)間距(ju),原子(zi)(zi)(zi)相鄰關系不變(bian)。

轉變過程不發生成分變化,但卻發生了晶體結(jie)構的變化。

轉變(bian)溫度(du)很低,但轉變(bian)速(su)度(du)極快。

3、 具有(you)一定的(de)位相關系和慣習(xi)面(mian)

4、 馬(ma)氏體轉變是在一(yi)定溫度范圍內完成的:

馬氏(shi)體(ti)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)是奧氏(shi)體(ti)冷卻到某一溫(wen)(wen)度時(shi)才開始的,這一溫(wen)(wen)度稱為馬氏(shi)體(ti)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)開始溫(wen)(wen)度,簡(jian)稱Ms點(dian)。

馬氏體轉(zhuan)(zhuan)變開始后(hou),必須在不斷(duan)降低溫度的條件下才(cai)能使(shi)轉(zhuan)(zhuan)變繼續進(jin)行,如冷卻中斷(duan),則轉(zhuan)(zhuan)變立即停(ting)止。

當冷卻到某(mou)一(yi)溫度時,馬氏體(ti)轉變基本完成,轉變不再進行,這一(yi)溫度稱為馬氏體(ti)轉變結束(shu)溫度,簡稱Mf點。

從以上分析可以看出,馬(ma)氏(shi)體(ti)轉變需要在一個(ge)溫度范(fan)圍內連續冷卻才能完成。

如(ru)果Mf點低于室溫(wen),則冷卻到室溫(wen)時,將(jiang)仍保留一定數量的(de)未轉變(bian)奧(ao)氏體,稱之(zhi)為殘余奧(ao)氏體。

5、 馬氏體轉變的可逆性:

在某些合金中(zhong),奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)冷卻轉變(bian)為馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)后(hou),重新加熱時(shi),已經形成的馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)又可以通過逆向馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)轉變(bian)機構直接轉變(bian)為奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)。這就是馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)轉變(bian)的可逆性。

將馬氏(shi)體(ti)直接向(xiang)奧(ao)氏(shi)體(ti)的轉(zhuan)(zhuan)變稱為逆轉(zhuan)(zhuan)變。

逆轉變(bian)開始溫(wen)度為As點,終(zhong)了溫(wen)度為Af點。

Fe-C合金很難發生(sheng)(sheng)馬(ma)氏體(ti)(ti)逆轉變,因(yin)為(wei)馬(ma)氏體(ti)(ti)加熱尚(shang)未達到As點時,馬(ma)氏體(ti)(ti)就(jiu)發生(sheng)(sheng)了分(fen)解,析出碳化物,因(yin)此得不到馬(ma)氏體(ti)(ti)逆轉變。


七、機械性能


珠光體

1、 珠光體(ti)的機械性能:

影響(xiang)珠(zhu)光體(ti)(ti)性能的(de)因素(su):奧氏(shi)體(ti)(ti)晶粒尺寸,珠(zhu)光體(ti)(ti)團晶粒尺寸,珠(zhu)光體(ti)(ti)片層間(jian)距,鐵素(su)體(ti)(ti)內部亞(ya)結(jie)構,滲碳體(ti)(ti)形狀、尺寸和分布。

奧氏體晶粒尺寸和珠光(guang)體團尺寸相關,其尺寸越(yue)大,綜合性能越(yue)低。

珠(zhu)光(guang)體片層間距取決于轉變溫度,間距越小,強度和塑(su)性(xing)越高。降溫形(xing)成的珠(zhu)光(guang)體片層間距大小不(bu)一(yi),性(xing)能(neng)下降。

球狀(zhuang)珠光體強度較低,但塑性較好(hao),疲勞性能(neng)較高。

鐵素體內部亞(ya)結(jie)構是指其中亞(ya)晶粒尺寸(cun)和位錯密度(du),將影響珠光(guang)體的機械性能。

通過(guo)熱處(chu)理可以改(gai)變珠光體(ti)中(zhong)碳化物(wu)的形態、大小和分(fen)布,從而改(gai)變珠光體(ti)的機械性能。

2、 鐵素體(ti)+珠光(guang)體(ti):

亞共析(xi)鋼中的(de)碳含(han)量(liang)(liang)決定了珠(zhu)光體(ti)含(han)量(liang)(liang),影響合金的(de)強度(du)、塑性、沖擊(ji)功和脆性轉變溫(wen)度(du),先共析(xi)鐵素體(ti)晶粒尺寸(cun)對鋼的(de)性能也有很大(da)影響。

3、 變形珠光體:

使(shi)高碳鋼獲(huo)得片層間距細小的珠光體(ti)(索氏體(ti)),再經過(guo)深度冷拔(ba),可以獲(huo)得高強度鋼絲。這樣(yang)的處(chu)理(li)稱為派敦(dun)(Patenting)處(chu)理(li)。

派(pai)敦處理(li)是使珠光(guang)體組(zu)織在工業上(shang)應用的主要處理(li)方法(fa)之一。

索氏體(ti)(ti)(ti)具(ju)有良(liang)好的(de)冷拔性能(neng):鐵素體(ti)(ti)(ti)片薄,位錯滑(hua)移距離小;滲碳體(ti)(ti)(ti)片薄,可發(fa)生(sheng)彈性彎曲(qu)。

派(pai)敦處理后,鋼(gang)絲的(de)強(qiang)度(du)明顯提高,其原因主要是鐵素體中細小的(de)亞晶尺寸(cun)和高密(mi)度(du)的(de)位(wei)錯(cuo)。

派(pai)敦處理的應用:鋼絲繩,琴用鋼絲,彈簧鋼絲。

貝氏體


馬氏體

1、 硬度和強度:

馬氏體的(de)主要特(te)性是高硬度(du)(du)(du)和高強(qiang)度(du)(du)(du)。馬氏體的(de)硬度(du)(du)(du)隨碳(tan)含(han)量的(de)增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)(jia)而升高,當碳(tan)含(han)量達到0.6%時,由于殘余奧氏體量增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)(jia),鋼的(de)硬度(du)(du)(du)不(bu)再(zai)增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)(jia)。

合金元素(su)對(dui)馬氏體的硬度影響不大(da)。

馬氏體高強度的(de)主(zhu)要原因(yin)包括相變強化(hua)、固溶強化(hua)和時效強化(hua)。

強化機理(li)

(1) 相變(bian)強化

切變相變導致(zhi)馬(ma)氏體內部(bu)產生(sheng)大量位錯、孿晶(jing)、層錯等(deng)晶(jing)體缺陷,使馬(ma)氏體強化。

(2) 固溶強化(hua)

碳原(yuan)子位于馬(ma)氏體(ti)扁八面體(ti)中心,形成以碳原(yuan)子為中心的畸變偶極(ji)應(ying)力場(chang),將(jiang)與位錯產生(sheng)強(qiang)烈的交互作(zuo)用,使馬(ma)氏體(ti)強(qiang)化。

碳含量高于0.4%后,碳原子之間距離太(tai)近,畸變偶極(ji)應力場相互抵消,強化效果(guo)減弱。

置換式固溶體的合金(jin)元素對馬氏體強化(hua)效(xiao)果較小。

(3) 時效(xiao)強化

在相變(bian)冷卻過程或馬氏體轉變(bian)完(wan)成后,碳(tan)原子發(fa)生偏聚的(de)現象稱為自回火(huo)。這種由碳(tan)原子擴散偏聚釘(ding)扎位錯引(yin)起的(de)馬氏體強化(hua)稱為時效強化(hua)。

(4) 變形強(qiang)化

馬(ma)氏(shi)體本身(shen)比較軟,但(dan)在(zai)外力作(zuo)用下因塑性變形而急劇加(jia)工硬(ying)化(hua),所以(yi)馬(ma)氏(shi)體的變形強化(hua)指數很大,加(jia)工硬(ying)化(hua)率高。

(5) 孿(luan)晶(jing)對馬氏體(ti)強度的(de)貢獻(xian)

當碳含量大于0.3%后,孿晶亞結構逐漸增多,孿晶對馬(ma)氏(shi)體強(qiang)度產生貢獻。

(6) 原始奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)晶粒和(he)板條馬氏(shi)體(ti)(ti)束(shu)尺(chi)寸(cun)的(de)影響

原始(shi)奧氏體(ti)晶粒越小,板條(tiao)馬氏體(ti)束越小,馬氏體(ti)強度(du)越高。

2、 韌性

在屈服強(qiang)度相同(tong)的條件下(xia),位錯型馬氏(shi)體比孿晶型馬氏(shi)體具有較高(gao)的韌性。

孿(luan)(luan)晶型馬氏體(ti)韌性(xing)較低的原(yuan)(yuan)因:回火時(shi),碳化(hua)物沿孿(luan)(luan)晶面析出呈不均勻分布,或(huo)碳原(yuan)(yuan)子(zi)在孿(luan)(luan)晶界偏聚。

在(zai)強(qiang)化馬氏體(ti)的同時,使其(qi)亞(ya)結構保持位(wei)錯型,是實現馬氏體(ti)強(qiang)韌化的重要(yao)途徑。

位錯型(xing)馬(ma)氏體同時還具有脆性轉變(bian)溫度(du)低(di)、缺口敏感(gan)性低(di)等優點。

3、 相變塑性

金屬及合金在(zai)相(xiang)變過程(cheng)中塑(su)性增大,往往在(zai)低于母相(xiang)屈(qu)服(fu)強(qiang)度的條件下(xia)即發(fa)生了(le)塑(su)性變形,這(zhe)種現象稱為相(xiang)變塑(su)性。馬氏體(ti)相(xiang)變過程(cheng)中發(fa)生的相(xiang)變塑(su)性稱為馬氏體(ti)相(xiang)變塑(su)性。

變(bian)(bian)形溫度應該(gai)在可(ke)以(yi)形變(bian)(bian)誘發馬氏體相變(bian)(bian)溫度以(yi)下。

塑性(xing)變形(xing)引起的(de)局部應力集中(zhong)可以由馬氏體相變而得到(dao)松弛,因而可防(fang)止微裂紋(wen)的(de)形(xing)成。

在(zai)發(fa)(fa)生(sheng)塑性變形(xing)(xing)的區域,將有馬氏(shi)體(ti)(ti)的形(xing)(xing)成(cheng)。隨(sui)馬氏(shi)體(ti)(ti)量的增多(duo),變形(xing)(xing)強化指數增大(da),使(shi)已發(fa)(fa)生(sheng)塑性變形(xing)(xing)的區域繼續發(fa)(fa)生(sheng)變形(xing)(xing)困難,抑制(zhi)頸縮的產生(sheng)。

相變誘發塑(su)性(xing)鋼:Md>20℃>Ms

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