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1、第4章马氏体转变 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望1 马氏体转变的晶体结构和特点一一、晶体结构、晶体结构1、晶胞、晶胞n nC可能所处的位置及分布：可能所处的位置及分布：面心、棱边中点，即扁八面体中心面心、棱边中点，即扁八面体中心面心、棱边中点，即扁八面体中心面心、棱边中点，即扁八面体中心分布不均匀分布不均匀分布不均匀分布不均匀80%80%位于位于位于位于Z Z轴扁八面体中心轴扁八面体中心轴扁八面体中心轴扁八面体中心 wc%0.2%wc%0.2%体心
2、正方体心正方体心正方体心正方n n正方度正方度c/a：C%高高 c/a 大（线性关系大（线性关系4-1公式）公式）2、晶格常数、晶格常数C%C%晶体结构晶体结构0.21.41.4Bcp(Bcp(体心斜方体心斜方)3 3、反常正方度、反常正方度、反常正方度、反常正方度n n反常正方度：反常正方度：反常正方度：反常正方度：MM转变时，转变时，转变时，转变时，c/ac/a与与与与C%C%的关系不符的关系不符的关系不符的关系不符合合合合4-14-1式式式式n n反常低反常低反常低反常低(Mn(Mn 钢钢钢钢)低温时低温时低温时低温时abab（正交），碳在（正交），碳在（正交），碳在（正交），碳在A A
3、中部分无序分布，中部分无序分布，中部分无序分布，中部分无序分布，c/ac/a低低低低室温时，碳在室温时，碳在室温时，碳在室温时，碳在A A中重新分布，有序度增加，中重新分布，有序度增加，中重新分布，有序度增加，中重新分布，有序度增加，c/a c/a接近接近接近接近4-14-1公式。公式。公式。公式。n n反常高反常高反常高反常高(高高高高Al Al 钢钢钢钢)低温时，碳处于同一组空隙位置（完全有序状态）低温时，碳处于同一组空隙位置（完全有序状态）低温时，碳处于同一组空隙位置（完全有序状态）低温时，碳处于同一组空隙位置（完全有序状态）c/a c/a高高高高室温时，温度回升，碳无序分布，室温时，温
4、度回升，碳无序分布，室温时，温度回升，碳无序分布，室温时，温度回升，碳无序分布，c/a c/a下降下降下降下降二、马氏体转变的特点1、表面浮凸和切变共格、表面浮凸和切变共格n n共格界面上的原子为共格界面上的原子为M和和A两相共有两相共有n nFe原子协调切变，原子协调切变，相邻相邻Fe原子位置原子位置保持不变保持不变n n切变推移小于一个原子间距切变推移小于一个原子间距n n界面共格界面共格弹性应变能大弹性应变能大n n当弹性应变超过弹性极限当弹性应变超过弹性极限共格关共格关系破坏系破坏M长大停止长大停止2、无扩散性n n-196仍有仍有M转变发生转变发生n n在在A与与M中中C%相同相同n
5、 n速度极快速度极快n n低碳钢低碳钢M转变存在微量扩散特点，转变存在微量扩散特点，但以但以Fe的切变为主的切变为主3、新/母相取向关系及惯习面（1）取向关系）取向关系n nK-S关系关系X X射线极图测定射线极图测定射线极图测定射线极图测定2424种可能取向，常见形式。种可能取向，常见形式。种可能取向，常见形式。种可能取向，常见形式。011011 111111 n n西山关系西山关系 1212种可能取向，一般工业用钢难见种可能取向，一般工业用钢难见种可能取向，一般工业用钢难见种可能取向，一般工业用钢难见Fe-Ni Fe-Ni 合金及合金及合金及合金及-70-70以下形成的以下形成的以下形成的
6、以下形成的MM存在存在存在存在 011011 111111 n nG-T关系（与关系（与K-S关系比较）：关系比较）：011011 111111 差差差差1 1 差差差差22K-S关系关系（2）惯习面（交界面、共格面）n n基本不畸变和转动基本不畸变和转动n n以母相的晶面指数表示以母相的晶面指数表示n n与与C%和形成温度有关和形成温度有关n n不同惯习面上形成的不同惯习面上形成的M形态不同形态不同n n存在原因无法解释存在原因无法解释n nWc%1.4%259259 n nWc%居中居中225225 四、转变不完全性n nM%是温度的函数，是温度的函数，M增加是新形成增加是新形成M的的贡献
7、，不需要孕育期贡献，不需要孕育期n n等温等温M相变有时也会出现，但只形成少相变有时也会出现，但只形成少量量Mn n残余残余An n转变阻力大：低于转变阻力大：低于Mf点转变仍然进行不点转变仍然进行不彻底彻底n n改善措施改善措施冷处理冷处理五、可逆性n n加热可以使加热可以使M按照原来的路径转变为母按照原来的路径转变为母相的现象相的现象n n有些有些Fe合金或非合金或非Fe合金中存在合金中存在n n钢中一般观察不到（因为加热分解），钢中一般观察不到（因为加热分解），加热极快有可能加热极快有可能2 马氏体转变的切变模型 一、一、一、一、BainBain模型模型模型模型n n在在在在A A的八面
8、体中心恰好存在的八面体中心恰好存在的八面体中心恰好存在的八面体中心恰好存在bccbcc晶胞晶胞晶胞晶胞n n压缩压缩压缩压缩A A的的的的Z Z轴、拉长轴、拉长轴、拉长轴、拉长X X和和和和Y Y轴，晶体结构即为轴，晶体结构即为轴，晶体结构即为轴，晶体结构即为MM的的的的bccbccn n与与与与K-SK-S关系相符合关系相符合关系相符合关系相符合n nC C所处的位置被继承所处的位置被继承所处的位置被继承所处的位置被继承n nFeFe原子通过简单、小距离切变可以实现晶格改原子通过简单、小距离切变可以实现晶格改原子通过简单、小距离切变可以实现晶格改原子通过简单、小距离切变可以实现晶格改组组组组
9、n n局限性：不能解释浮凸；惯习面；应变超过弹局限性：不能解释浮凸；惯习面；应变超过弹局限性：不能解释浮凸；惯习面；应变超过弹局限性：不能解释浮凸；惯习面；应变超过弹性范围性范围性范围性范围二、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n n取向关系明确取向关系明确n n转变前后相邻原子位置不变转变前后相邻原子位置不变n n局限性：局限性：对对225、259马氏体无法解马氏体无法解释释浮凸与实际不符合浮凸与实际不符合三、G-T模型n n第一次切变：第一次切变：接近接近接近接近259259 宏观变形宏观变形宏观变形宏观变形(浮凸浮凸浮凸浮凸)三菱结构（非三
10、菱结构（非三菱结构（非三菱结构（非MM），），），），它与它与它与它与M112M112 晶体结构相同晶体结构相同晶体结构相同晶体结构相同n n第二次切变第二次切变第二次切变第二次切变：在在在在M112M112 面上面上面上面上111111方向方向方向方向体心正方体心正方体心正方体心正方微观尺度、微观尺度、微观尺度、微观尺度、不均匀不均匀不均匀不均匀产生滑移或孪生产生滑移或孪生产生滑移或孪生产生滑移或孪生n n微调形成微调形成M结构结构n n与实验结果一致，可以解释浮凸、取向、亚与实验结果一致，可以解释浮凸、取向、亚结构结构n nC%1.4的钢不适合的钢不适合四、K-N-V模型n nFCC某些不
11、全位错某些不全位错分解分解形成层错形成层错（六方点阵）核胚（六方点阵）核胚n nM在层错的二维核胚上形成在层错的二维核胚上形成 层错处的堆垛与层错处的堆垛与hcp相同相同层错在相层错在相邻面上扩展和点阵微调邻面上扩展和点阵微调Mn n实验结果得到验证：实验结果得到验证：Cr-Ni不锈钢；高不锈钢；高Mn钢；钢；Fe-Ni-Mn钢钢3 M的组织形态一、一、M的形态的形态1、板条板条M（1）构成：）构成：n n板条：板条：窄而细的单晶；基本单元；条窄而细的单晶；基本单元；条窄而细的单晶；基本单元；条窄而细的单晶；基本单元；条/条之间小条之间小条之间小条之间小角度，平行成群分布；有残余角度，平行成群
12、分布；有残余角度，平行成群分布；有残余角度，平行成群分布；有残余A A薄膜薄膜薄膜薄膜n n束：束：尺寸相近、平行、成群分布的板条群，它们尺寸相近、平行、成群分布的板条群，它们尺寸相近、平行、成群分布的板条群，它们尺寸相近、平行、成群分布的板条群，它们的惯习面指数相同（的惯习面指数相同（的惯习面指数相同（的惯习面指数相同（4 4个方向对应于个方向对应于个方向对应于个方向对应于4 4个个个个111111）。）。）。）。束束束束/束之间大角度。束之间大角度。束之间大角度。束之间大角度。n n块：块：在一个束中黑白相间的板条在一个束中黑白相间的板条在一个束中黑白相间的板条在一个束中黑白相间的板条 ，
13、有时不存在。，有时不存在。，有时不存在。，有时不存在。惯习面指数、与母相取向关系相同的板条构成。惯习面指数、与母相取向关系相同的板条构成。惯习面指数、与母相取向关系相同的板条构成。惯习面指数、与母相取向关系相同的板条构成。块块块块/块之间大角度。块之间大角度。块之间大角度。块之间大角度。（2）亚结构：位错，又称位错）亚结构：位错，又称位错M（3）晶体学取向：）晶体学取向：K-S（4）惯习面：）惯习面：111、225（5）形成温度高，又称高温）形成温度高，又称高温M（6）含碳）含碳%低，又称低碳低，又称低碳M（7）A化温度（晶粒大小）对板条化温度（晶粒大小）对板条宽度影响不大；但对束尺寸有影响宽
14、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）板条各自单独形核，随后长大合并合并2、片（针）状Mn n形貌形貌：立体为透镜状、相互不平行，中：立体为透镜状、相互不平行，中间分布残余间分布残余A。形成时容易产生撞击，故。形成时容易产生撞击，故韧性差。韧性差。n n亚结构：中脊亚结构：中脊孪晶（形成温度越低此孪晶（形成温度越低此区大）、边缘区大）、边缘少量位错。又称孪晶少量位错。又称孪晶Mn n取向及惯习面：取向及惯习面：K-S；259、225n n形成温度低，又称低温形成温度低，又称低温Mn n碳碳%高，又称高碳高，又称高碳M3、其他形态Mn蝶状蝶状M（Fe-Ni合金）合金）立体
15、立体V型柱状，断面蝶状。两翼为型柱状，断面蝶状。两翼为取向不同的片状取向不同的片状M，两片之间呈孪，两片之间呈孪晶关系。晶关系。片状片状M中是高密度位错中是高密度位错K-S形成温度在上者之间形成温度在上者之间3、其他形态Mn薄片薄片M（Ni钢）钢）立体：薄片；平面：细带状，还立体：薄片；平面：细带状，还有交叉、分枝等特征有交叉、分枝等特征无中脊无中脊孪晶亚结构孪晶亚结构K-S；2593、其他形态Mn n马氏体马氏体不锈钢、高不锈钢、高Mn钢存在钢存在极薄片状极薄片状A层错能低容易形成层错能低容易形成亚结构：大量层错亚结构：大量层错hcp 结构结构111有时与体心有时与体心M共存，体心共存，体心
16、M在其在其内部形成内部形成小结（钢）0.2C%0.2C%bcc bcc位错位错板条板条0.20.6C%0.20.6C%bctbct位错位错+孪晶孪晶板条板条+片状片状0.61.0C%0.61.0C%bct bct孪晶孪晶+位错位错板条板条+片状片状1.01.4C%1.01.4C%bct bct孪晶孪晶+位错位错片状片状1.5C%1.5C%bct bct孪晶孪晶+位错位错凸透镜状凸透镜状18-818-8不锈钢不锈钢 hcp hcp层错层错薄片薄片二、影响M形态及亚结构的因素1、成分：、成分：C%缩小缩小区的合金元素区的合金元素板条板条M增加增加降低层错能的合金元素降低层错能的合金元素 马氏体增加
17、马氏体增加2、形成温度（、形成温度（MS）随温度降低随温度降低板条板条M减少减少合金钢合金钢MS 低低板条板条M减少减少3、A的层错能的层错能低低不容易形成孪晶不容易形成孪晶M 容易形成板条容易形成板条M4、A与与M的强度的强度Ms点时点时A的屈服强度的屈服强度 206MPa 强强度高的片度高的片M 2594马氏体转变的热力学 一、驱动力一、驱动力1、驱动力、驱动力2、相变阻力、相变阻力新相界面能新相界面能新相界面能新相界面能弹性应变能（维持共格）弹性应变能（维持共格）弹性应变能（维持共格）弹性应变能（维持共格）宏观均匀切变功宏观均匀切变功宏观均匀切变功宏观均匀切变功形成亚结构功形成亚结构功形
18、成亚结构功形成亚结构功相变时邻近相变时邻近相变时邻近相变时邻近A A协作变形功协作变形功协作变形功协作变形功综上所述：相变过冷度大综上所述：相变过冷度大3、相变、相变n n热力学条件热力学条件深度过冷深度过冷n n母相中缺陷的作用母相中缺陷的作用可能提高母相的强度可能提高母相的强度可能提高母相的强度可能提高母相的强度相变阻力相变阻力相变阻力相变阻力也可能是相变驱动力也可能是相变驱动力也可能是相变驱动力也可能是相变驱动力n n外加应力外加应力相变阻力相变阻力二、二、Ms意义意义n nM相变所需要的最小过冷度对应的温度相变所需要的最小过冷度对应的温度n n降温形成降温形成三、影响Ms的因素1、A的
19、成分的成分n n碳：碳：n n氮：与碳相似氮：与碳相似n n合金：合金：除除除除CoCo、AlAl外，其余外，其余外，其余外，其余使使使使MsMs下降下降下降下降以碳化物形式存在以碳化物形式存在以碳化物形式存在以碳化物形式存在影响不大（比如过影响不大（比如过影响不大（比如过影响不大（比如过共析钢）共析钢）共析钢）共析钢）各种元素相互影响各种元素相互影响各种元素相互影响各种元素相互影响（经验公式）（经验公式）（经验公式）（经验公式）2、应力和塑性变形n n拉应力：拉应力：拉应力：拉应力：MsMs升高升高升高升高n n应变诱发应变诱发应变诱发应变诱发MM：MMd dMMs s之间塑性变形之间塑性变
20、形之间塑性变形之间塑性变形MsMs升高升高升高升高MMd dMMs s之间增加变形量之间增加变形量之间增加变形量之间增加变形量诱发诱发诱发诱发MM，但变形量过，但变形量过，但变形量过，但变形量过大大大大抑制抑制抑制抑制MM原因：产生的晶体缺陷有利于原因：产生的晶体缺陷有利于原因：产生的晶体缺陷有利于原因：产生的晶体缺陷有利于MM形核形核形核形核变形诱发变形诱发变形诱发变形诱发MM，对随后继续冷却，对随后继续冷却，对随后继续冷却，对随后继续冷却MM的转变有抑制的转变有抑制的转变有抑制的转变有抑制MMs s以下塑性变形影响同上以下塑性变形影响同上以下塑性变形影响同上以下塑性变形影响同上MMd d以
21、上塑性变形不诱发，少量变形以上塑性变形不诱发，少量变形以上塑性变形不诱发，少量变形以上塑性变形不诱发，少量变形促进后面促进后面促进后面促进后面MM转变。反之，阻碍转变。反之，阻碍转变。反之，阻碍转变。反之，阻碍MMd d与成分、工艺有关与成分、工艺有关与成分、工艺有关与成分、工艺有关3、奥氏体化条件 成分均匀成分均匀成分均匀成分均匀 母相强化母相强化母相强化母相强化 Ms Msn n温度温度温度温度、时间、时间、时间、时间 晶粒粗大、碳偏聚少晶粒粗大、碳偏聚少晶粒粗大、碳偏聚少晶粒粗大、碳偏聚少 易切变易切变易切变易切变MsMs n n通常完全通常完全通常完全通常完全A A化，温度升高、时间增
22、加化，温度升高、时间增加化，温度升高、时间增加化，温度升高、时间增加 Ms Ms略升略升略升略升高高高高n n成分一定时，成分一定时，成分一定时，成分一定时，A A细晶细晶细晶细晶MsMs降低，但不明显降低，但不明显降低，但不明显降低，但不明显4、先形成组织对M转变的影响n n先形成先形成P A贫碳贫碳 Ms升高升高n n先形成先形成B A富碳富碳 Ms降低降低5马氏体转变的动力学 一、形核（主导）一、形核（主导）一、形核（主导）一、形核（主导）1 1、热形核：可视为同素异构、热形核：可视为同素异构、热形核：可视为同素异构、热形核：可视为同素异构n n形核率取决于形核功、核胚长大激活能（能垒）
23、形核率取决于形核功、核胚长大激活能（能垒）形核率取决于形核功、核胚长大激活能（能垒）形核率取决于形核功、核胚长大激活能（能垒）n n局限性：不能解释局限性：不能解释局限性：不能解释局限性：不能解释MM低温形成的原因低温形成的原因低温形成的原因低温形成的原因2 2、缺陷形核：、缺陷形核：、缺陷形核：、缺陷形核：n n非均匀形核：颗粒粉实验证实非均匀形核：颗粒粉实验证实非均匀形核：颗粒粉实验证实非均匀形核：颗粒粉实验证实n n形核位置：位错等晶体缺陷；夹杂；塑性变形区形核位置：位错等晶体缺陷；夹杂；塑性变形区形核位置：位错等晶体缺陷；夹杂；塑性变形区形核位置：位错等晶体缺陷；夹杂；塑性变形区3 3
24、、自促发形核：、自促发形核：、自促发形核：、自促发形核：先形成先形成先形成先形成MM尖端尖端尖端尖端A A形成位错形成位错形成位错形成位错可以促使周围可以促使周围可以促使周围可以促使周围MM转变转变转变转变（此区域这时的温度（此区域这时的温度（此区域这时的温度（此区域这时的温度Ms Ms时时自发形成自发形成M（只存在于表面）（只存在于表面）n n其形态、晶体学与内部形成的其形态、晶体学与内部形成的M不同不同n n等温形成、长大较慢等温形成、长大较慢n n西山关系、惯习面西山关系、惯习面111或或112 n n条状形态条状形态n n原因：表面不受三向压应力原因：表面不受三向压应力Ms高于内部高于
25、内部n n对研究对研究M转变有干扰转变有干扰6马氏体的机械性能 一、硬度和强度一、硬度和强度1、硬度：、硬度：M中的中的C%硬度硬度2、强度高n nC%增加增加强度升高强度升高n n强化机理：强化机理：固溶强化：碳作用大，固溶强化：碳作用大，固溶强化：碳作用大，固溶强化：碳作用大，0.4C%0.4C%以上以上以上以上效果效果效果效果 ；合金作用小；合金作用小；合金作用小；合金作用小亚结构强化：低亚结构强化：低亚结构强化：低亚结构强化：低C CC C钉扎位错；高钉扎位错；高钉扎位错；高钉扎位错；高C C 孪孪孪孪晶阻碍位错运动晶阻碍位错运动晶阻碍位错运动晶阻碍位错运动时效强化：低碳钢自回火时效强
26、化：低碳钢自回火时效强化：低碳钢自回火时效强化：低碳钢自回火CC偏聚或析出引偏聚或析出引偏聚或析出引偏聚或析出引起，起，起，起，C%C%高高高高 效果显著效果显著效果显著效果显著细晶强化：作用不显著细晶强化：作用不显著细晶强化：作用不显著细晶强化：作用不显著二、塑性和韧性n nC%增加增加塑性、韧性降低塑性、韧性降低n n位错位错M高塑性、韧性高塑性、韧性容易变形容易变形容易变形容易变形板条相互不碰撞板条相互不碰撞板条相互不碰撞板条相互不碰撞n n孪晶孪晶M塑性、韧性差塑性、韧性差滑移系少滑移系少滑移系少滑移系少显微裂纹显微裂纹显微裂纹显微裂纹隐晶隐晶隐晶隐晶MMn n混合混合M比例对性能影响
27、比例对性能影响三、相变诱发塑性n nM相变过程中塑性增加的现象相变过程中塑性增加的现象n n原因：原因：应变诱发应变诱发M相变相变加工硬化加工硬化均匀变形均匀变形塑性变形发生在应力集中处塑性变形发生在应力集中处应变诱发应变诱发M应力松弛应力松弛开裂和扩展倾向小开裂和扩展倾向小M在在A缺陷处形核缺陷处形核A应力松弛应力松弛贡献塑性贡献塑性n n不是所有应变诱发不是所有应变诱发M钢都有以上作用，钢都有以上作用，AR%在在3040%的钢效果明显的钢效果明显7奥氏体的稳定化 一、现象及产生条件一、现象及产生条件n n现象：现象：Ms下降；残余下降；残余A%增加增加n n产生条件：产生条件：冷却过程中，
28、在冷却过程中，在Ms点上、下某温度：点上、下某温度：停留停留缓冷缓冷一定的塑性变形一定的塑性变形二、分类（按稳定性质分）二、分类（按稳定性质分）n nA热稳定化：淬火时缓冷或停留热稳定化：淬火时缓冷或停留n nA机械稳定化：机械稳定化：Md点以上点以上+大量塑性变形大量塑性变形实际：二者相互影响，综合作用。停实际：二者相互影响，综合作用。停留温度低留温度低热稳定化作用小。热稳定化作用小。三、A热稳定化n n实验：实验：实验：实验：2020时停留时间时停留时间时停留时间时停留时间MsMs滞后温度增加、滞后温度增加、滞后温度增加、滞后温度增加、M%M%减少减少减少减少n n度量：度量：度量：度量：
29、滞后温度滞后温度滞后温度滞后温度残余残余残余残余A%A%增值增值增值增值n n影响因素：影响因素：影响因素：影响因素：停留温度高停留温度高停留温度高停留温度高明显，高于某温度明显，高于某温度明显，高于某温度明显，高于某温度反稳定化反稳定化反稳定化反稳定化停留时间增加停留时间增加停留时间增加停留时间增加明显明显明显明显C%C%增加增加增加增加明显明显明显明显冷却速度增加冷却速度增加冷却速度增加冷却速度增加稳定化不明显稳定化不明显稳定化不明显稳定化不明显n n原因：原因：原因：原因：柯氏气团钉扎位错柯氏气团钉扎位错柯氏气团钉扎位错柯氏气团钉扎位错强化强化强化强化A AC C、N N钉扎位错面钉扎位
30、错面钉扎位错面钉扎位错面阻碍阻碍阻碍阻碍MM核坯长大核坯长大核坯长大核坯长大n n无法解释无间隙原子合金的稳定化现象无法解释无间隙原子合金的稳定化现象无法解释无间隙原子合金的稳定化现象无法解释无间隙原子合金的稳定化现象四、A的机械稳定化n nMd点以上点以上+大量塑性变形大量塑性变形抑制抑制M转变转变n nMd点以下点以下+少量塑性变形少量塑性变形诱发诱发M转变转变n n形变温度越高形变温度越高变形变形%对稳定化影响越小对稳定化影响越小n n原因：原因：小变形小变形层错、晶界、位错网、胞状结层错、晶界、位错网、胞状结构增加构增加大变形大变形A中高位错密度、亚晶中高位错密度、亚晶母相强母相强化化
31、M转变转变形成压应力形成压应力A稳定化。稳定化。M%多多明显明显五、应用1、减少淬火变形、减少淬火变形增加残余增加残余AMsMs以上分级淬火以上分级淬火以上分级淬火以上分级淬火MsMs以上等温淬火以上等温淬火以上等温淬火以上等温淬火提高淬火温度提高淬火温度提高淬火温度提高淬火温度降低降低降低降低MsMs2、提高硬度、耐磨性、提高硬度、耐磨性减少残余减少残余A简单零件快冷简单零件快冷简单零件快冷简单零件快冷复杂零件在复杂零件在复杂零件在复杂零件在M sM s附近短时分级淬火（附近短时分级淬火（附近短时分级淬火（附近短时分级淬火（A A稳定化影稳定化影稳定化影稳定化影响小）响小）响小）响小）冷处理
32、冷处理冷处理冷处理回火冷却时回火冷却时回火冷却时回火冷却时A A转变为转变为转变为转变为MM3、保证尺寸稳定性、保证尺寸稳定性减少残余减少残余A 精密零件、工具精密零件、工具低于回火温度加热低于回火温度加热（时效）（时效）A稳定化稳定化4、提高强韧性、提高强韧性控制残余控制残余AA A稳定性好的材料稳定性好的材料稳定性好的材料稳定性好的材料受力不容易诱发受力不容易诱发受力不容易诱发受力不容易诱发M M 提提提提高韧性高韧性高韧性高韧性A A稳定性差的材料稳定性差的材料稳定性差的材料稳定性差的材料受力容易诱发受力容易诱发受力容易诱发受力容易诱发M M 提高提高提高提高强度强度强度强度8热弹性马氏
33、体与形状记忆效应 一、热弹性一、热弹性Mn nM随温度升降而消长，形状变化由母相协调随温度升降而消长，形状变化由母相协调n n特点特点相变引起的变形是弹性的相变引起的变形是弹性的相变引起的变形是弹性的相变引起的变形是弹性的可逆可逆可逆可逆界面共格界面共格界面共格界面共格n n形成条件形成条件两相比容差小两相比容差小两相比容差小两相比容差小弹性范围维持共格弹性范围维持共格弹性范围维持共格弹性范围维持共格母相点阵结构具有有序化特征母相点阵结构具有有序化特征母相点阵结构具有有序化特征母相点阵结构具有有序化特征规律规律规律规律完全可逆完全可逆完全可逆完全可逆母相弹性极限非常高母相弹性极限非常高母相弹性
34、极限非常高母相弹性极限非常高共格容易保持、不破坏共格容易保持、不破坏共格容易保持、不破坏共格容易保持、不破坏二、热弹性M的伪弹性n n定义：应力周期变化定义：应力周期变化非线性弹性变形非线性弹性变形n n过程过程：MsMd应力诱发应力诱发M 同取向同取向宏观变形宏观变形 n n大范围变形大范围变形n n又称超弹性又称超弹性n n与前者相比，引起变形的因素是应力与前者相比，引起变形的因素是应力三、形状记忆效应n n现象：现象：M M下塑性变形下塑性变形下塑性变形下塑性变形加热加热加热加热恢复恢复恢复恢复原母相原母相原母相原母相A A形状形状形状形状再冷却再冷却再冷却再冷却回到原回到原回到原回到原
35、MM塑性变形后形状塑性变形后形状塑性变形后形状塑性变形后形状n n单程记忆单程记忆 新相新相新相新相MM状态变形（伪弹性）状态变形（伪弹性）状态变形（伪弹性）状态变形（伪弹性）加热加热加热加热Af Af（可逆转变）（可逆转变）（可逆转变）（可逆转变）再冷却再冷却再冷却再冷却对对对对MM无记忆效无记忆效无记忆效无记忆效应应应应n n双程记忆双程记忆n n原理原理自协作效应自协作效应vv一般一般一般一般MM多种取向多种取向多种取向多种取向多方向宏观变形多方向宏观变形多方向宏观变形多方向宏观变形形状不变（自协形状不变（自协形状不变（自协形状不变（自协作效应）作效应）作效应）作效应）vv特殊结构特殊结
36、构特殊结构特殊结构M M 应力作用应力作用应力作用应力作用孪晶推移孪晶推移孪晶推移孪晶推移某取向某取向某取向某取向MM长大长大长大长大（择优取向）（择优取向）（择优取向）（择优取向）出现宏观形状变化出现宏观形状变化出现宏观形状变化出现宏观形状变化卸载、加温卸载、加温卸载、加温卸载、加温可逆变形（伪弹性）可逆变形（伪弹性）可逆变形（伪弹性）可逆变形（伪弹性）单程记忆原理单程记忆原理双程记忆原理双程记忆原理 母相转变母相转变M时时加应力（多次训练）加应力（多次训练）母母相形成择优取向晶体缺陷相形成择优取向晶体缺陷温度变化产生温度变化产生的热弹性的热弹性M不产生自协作效应不产生自协作效应n n形状记
37、忆合金具备的条件形状记忆合金具备的条件母相具有热弹性母相具有热弹性母相具有热弹性母相具有热弹性MM转变转变转变转变维持共格维持共格维持共格维持共格母相孪晶或层错亚结构母相孪晶或层错亚结构母相孪晶或层错亚结构母相孪晶或层错亚结构择优取向择优取向择优取向择优取向母相具有有序化结构母相具有有序化结构母相具有有序化结构母相具有有序化结构维持特定取向维持特定取向维持特定取向维持特定取向n n应用应用宇航天线宇航天线宇航天线宇航天线（Ni-TiNi-Ti）母相天线形状母相天线形状母相天线形状母相天线形状冷却冷却冷却冷却MM（软、团状（软、团状（软、团状（软、团状）飞机液压管路接头紧固件飞机液压管路接头紧固
38、件飞机液压管路接头紧固件飞机液压管路接头紧固件液氮液氮液氮液氮MM下扩孔下扩孔下扩孔下扩孔装配装配装配装配室温收缩室温收缩室温收缩室温收缩正常孔径正常孔径正常孔径正常孔径医疗医疗医疗医疗智能关节智能关节智能关节智能关节热敏装置热敏装置热敏装置热敏装置温控开关温控开关温控开关温控开关小结及作业n n钢钢钢钢的的的的马马马马氏氏氏氏体体体体是是是是碳碳碳碳在在在在-Fe-Fe中中中中的的的的过过过过饱饱饱饱和和和和固固固固溶溶溶溶体体体体。正方度增加，晶格畸变严重。正方度增加，晶格畸变严重。正方度增加，晶格畸变严重。正方度增加，晶格畸变严重。n n马马马马氏氏氏氏体体体体相相相相变变变变是是是是切
39、切切切变变变变；无无无无扩扩扩扩散散散散相相相相变变变变；转转转转变变变变速速速速度度度度极极极极快；转变具有不彻底性。快；转变具有不彻底性。快；转变具有不彻底性。快；转变具有不彻底性。n nMsMs主主主主要要要要与与与与材材材材料料料料成成成成分分分分有有有有关关关关，通通通通常常常常碳碳碳碳%越越越越高高高高，其其其其值值值值越越越越低低低低。马马马马氏氏氏氏体体体体的的的的性性性性能能能能与与与与其其其其形形形形貌貌貌貌关关关关系系系系密密密密切切切切，低低低低碳碳碳碳MM形形形形貌貌貌貌为为为为板板板板条条条条状状状状、强强强强韧韧韧韧性性性性好好好好；高高高高碳碳碳碳MM硬硬硬硬度
40、度度度高高高高，但韧性差。但韧性差。但韧性差。但韧性差。n nC%C%超过超过超过超过0.4%0.4%，残余，残余，残余，残余A%A%明显增加，材料的耐明显增加，材料的耐明显增加，材料的耐明显增加，材料的耐磨性下降。冷却速度较慢、冷却过程停留或合磨性下降。冷却速度较慢、冷却过程停留或合磨性下降。冷却速度较慢、冷却过程停留或合磨性下降。冷却速度较慢、冷却过程停留或合金含量高时，残余金含量高时，残余金含量高时，残余金含量高时，残余A%A%含量增加。含量增加。含量增加。含量增加。n n作业：作业：作业：作业：Page 115Page 115：2 2、4 4、5 5、8 8、9 9 返回返回薄片M蝶状M返回返回 马氏体马氏体返回返回返回返回返回