CH6.6 奥氏体稳定化、本章总结PPT(10级)
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奥氏体等温转变PPT课件
珠光体转变是扩散型转变。
11
珠光体转变
12
珠光体转变
随着过冷度的不同，片层间距和厚薄也不同,又细分为珠光体、索氏体和托氏13 体.
⑴ 珠光体： 形成温度为A1-650℃，片
层较厚（d>4μm），500 倍光镜下可辨，用符号P表 示.
三维珠光体如同放在水中的包心菜
光镜下形貌
电镜下形貌
上贝氏体
根据其组织形态不同， 贝氏体又分为上贝氏体 (B上)和下贝氏体(B下).
下贝氏体
19
贝氏体转变过程
贝氏体转变也是形 核和长大的过程。
发生贝氏体转变时, 首先在奥氏体中的 贫碳区形成铁素体 晶核，其含碳量介 于奥氏体与平衡铁 素体之间，为过饱 和铁素体。
20
2019/10/25
14
⑵ 索氏体
电镜形貌
形成温度为650-600℃, 片层较薄(0.2~0.4μm)， 800-1000倍光镜下可辨， 光镜形貌 用符号S 表示。 15
⑶ 托氏体 形成温度为600-550℃，片层极薄(<0.2μm)，电
镜下可辨，用符号T 表示。
电镜形貌
光镜形貌
16
珠光体
索氏体
托氏体
孕育期最小处称C 曲线的“鼻尖”。 碳钢鼻尖处的温度 为550℃。
8
在鼻尖以上, 温度较高， 相变驱动力小.
在鼻尖以下，温度较低， 扩散困难。从而使奥氏 体稳定性增加。
随过冷度不同，过冷 奥氏体将发生高温 （珠光体）转变、中 温（贝氏体）转变和 低温（马氏体）转变 三种类型转变:
9
过冷奥氏体的高温（珠光体）转变 在 A1到 550℃间，原子的扩散能力较强，
即使冷却到Mf 点，也 不可能获得100%的马
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珠光体转变
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珠光体转变
随着过冷度的不同，片层间距和厚薄也不同,又细分为珠光体、索氏体和托氏13 体.
⑴ 珠光体： 形成温度为A1-650℃，片
层较厚（d>4μm），500 倍光镜下可辨，用符号P表 示.
三维珠光体如同放在水中的包心菜
光镜下形貌
电镜下形貌
上贝氏体
根据其组织形态不同， 贝氏体又分为上贝氏体 (B上)和下贝氏体(B下).
下贝氏体
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贝氏体转变过程
贝氏体转变也是形 核和长大的过程。
发生贝氏体转变时, 首先在奥氏体中的 贫碳区形成铁素体 晶核，其含碳量介 于奥氏体与平衡铁 素体之间，为过饱 和铁素体。
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2019/10/25
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⑵ 索氏体
电镜形貌
形成温度为650-600℃, 片层较薄(0.2~0.4μm)， 800-1000倍光镜下可辨， 光镜形貌 用符号S 表示。 15
⑶ 托氏体 形成温度为600-550℃，片层极薄(<0.2μm)，电
镜下可辨，用符号T 表示。
电镜形貌
光镜形貌
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珠光体
索氏体
托氏体
孕育期最小处称C 曲线的“鼻尖”。 碳钢鼻尖处的温度 为550℃。
8
在鼻尖以上, 温度较高， 相变驱动力小.
在鼻尖以下，温度较低， 扩散困难。从而使奥氏 体稳定性增加。
随过冷度不同，过冷 奥氏体将发生高温 （珠光体）转变、中 温（贝氏体）转变和 低温（马氏体）转变 三种类型转变:
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过冷奥氏体的高温（珠光体）转变 在 A1到 550℃间，原子的扩散能力较强，
即使冷却到Mf 点，也 不可能获得100%的马
《奥氏体的形成》课件
镍的影响：镍可以稳定奥氏体相，提高奥氏体的耐腐蚀性 单击此处输入你的项正文，文字是您思想的提炼，言简意赅的阐述观点。
锰的影响：锰可以扩大奥氏体的相区，促进奥氏体的形成 单击此处输入你的项正文，文字是您思想的提炼，言简意赅的阐述观点。
硅的影响：硅可以提高奥氏体的耐热性，但会缩小奥氏体的相区 单击此处输入你的项正文，文字是您思想的提炼，言简意赅的阐述观点。
良好的焊接性能
具有良好的耐腐蚀性 较高的耐热性 良好的塑性和韧性 良好的加工性能
奥氏体钢的加工硬化：通过冷加工变形提高强度和硬度
奥氏体不锈钢的应用：具有优良的耐腐蚀性和耐热性，广泛应用于化工、石油等领域
奥氏体耐热钢的应用：在高温环境下保持优良的性能，用于制造锅炉、热交换器等设备
奥氏体合金钢的应用：通过添加合金元素改善性能，用于制造刀具、模具等耐磨材料
碳的扩散：碳原子在奥氏体中的扩 散速度较慢，需要一定的时间才能 形成完整的奥氏体
添加标题
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添加标题
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温度：奥氏体的形成需要一定的温 度，通常在727℃以下
合金元素：某些合金元素可以促进 奥氏体的形成，如镍、锰等
铁素体和渗碳体的分解 碳的扩散和溶解 奥氏体的形核和长大 奥氏体晶粒的长大和相变
形貌差异：奥氏体呈面心立方结构，其它相呈体心立方或简单立方结构 结构差异：奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体，其它相是碳在α-Fe中的间隙固溶体 形成条件差异：奥氏体在高温下形成，其它相在室温下形成 物理性质差异：奥氏体塑性好，其它相硬度高
PART FIVE
良好的塑性和韧性
良好的耐腐蚀性
良好的导热性
实验过程：加热、 保温、冷却等
实验结果：观察奥 氏体的形貌、分析 奥氏体相变动力学 等
锰的影响：锰可以扩大奥氏体的相区，促进奥氏体的形成 单击此处输入你的项正文，文字是您思想的提炼，言简意赅的阐述观点。
硅的影响：硅可以提高奥氏体的耐热性，但会缩小奥氏体的相区 单击此处输入你的项正文，文字是您思想的提炼，言简意赅的阐述观点。
良好的焊接性能
具有良好的耐腐蚀性 较高的耐热性 良好的塑性和韧性 良好的加工性能
奥氏体钢的加工硬化：通过冷加工变形提高强度和硬度
奥氏体不锈钢的应用：具有优良的耐腐蚀性和耐热性，广泛应用于化工、石油等领域
奥氏体耐热钢的应用：在高温环境下保持优良的性能，用于制造锅炉、热交换器等设备
奥氏体合金钢的应用：通过添加合金元素改善性能，用于制造刀具、模具等耐磨材料
碳的扩散：碳原子在奥氏体中的扩 散速度较慢，需要一定的时间才能 形成完整的奥氏体
添加标题
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温度：奥氏体的形成需要一定的温 度，通常在727℃以下
合金元素：某些合金元素可以促进 奥氏体的形成，如镍、锰等
铁素体和渗碳体的分解 碳的扩散和溶解 奥氏体的形核和长大 奥氏体晶粒的长大和相变
形貌差异：奥氏体呈面心立方结构，其它相呈体心立方或简单立方结构 结构差异：奥氏体是碳在γ-Fe中的间隙固溶体，其它相是碳在α-Fe中的间隙固溶体 形成条件差异：奥氏体在高温下形成，其它相在室温下形成 物理性质差异：奥氏体塑性好，其它相硬度高
PART FIVE
良好的塑性和韧性
良好的耐腐蚀性
良好的导热性
实验过程：加热、 保温、冷却等
实验结果：观察奥 氏体的形貌、分析 奥氏体相变动力学 等
奥氏体不锈钢稳定化元素
奥氏体不锈钢稳定化元素1.引言1.1 概述奥氏体不锈钢是一种重要的金属材料，在工业和日常生活中有广泛的应用。
它具有较高的耐腐蚀性能、优良的机械性能和良好的可塑性，被广泛应用于化工、石油、医疗、航空航天等领域。
而稳定化元素则是在制备奥氏体不锈钢过程中的一个关键因素，它可以对不锈钢的微观结构和性能产生显著影响。
稳定化元素的主要作用是通过抑制奥氏体向铁素体相转变，减少奥氏体晶粒的形成和长大过程，从而提高奥氏体不锈钢的稳定性和耐腐蚀性能。
常见的稳定化元素包括钛（Ti）、铌（Nb）、钽（Ta）等。
这些元素一般以氮化物、碳化物等形式存在于奥氏体不锈钢中，通过与铬（Cr）等元素相互作用，形成稳定的化合物，阻碍奥氏体相的转变。
稳定化元素的加入不仅可以抑制奥氏体的相变，还可提高奥氏体不锈钢的抗氧化性能和高温强度。
稳定化元素的效应是通过改变奥氏体相对于铁素体相的稳定区与稳定性之间的平衡关系来实现的。
通过适当选择和控制稳定化元素的加入量和加工工艺，可以使奥氏体不锈钢具有更高的耐腐蚀性能和更好的高温稳定性。
然而，稳定化元素的加入也会带来一些问题，其中之一是可能降低奥氏体不锈钢的冷加工性能。
因此，在设计和制备奥氏体不锈钢时，需要综合考虑稳定化元素的作用与限制，以实现优化的性能和应用效果。
综上所述，稳定化元素在奥氏体不锈钢中起着重要的作用，可以提高材料的稳定性和耐腐蚀性能。
随着材料科学和工程技术的发展，对奥氏体不锈钢稳定化元素的研究和应用还存在着一定的挑战和潜力。
未来的研究可以进一步深入理解稳定化元素与奥氏体不锈钢性能之间的关系，并开发新的稳定化元素及其合金化设计，以满足不同领域对奥氏体不锈钢稳定性和耐腐蚀性能的不断需求。
1.2文章结构文章结构部分：本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，首先对奥氏体不锈钢进行概述介绍，包括其定义和主要特点。
接着，说明了文章的结构和目的，以便读者对文章的内容和结构有一个清晰的认识。
钢中奥氏体的形成 优秀课件
为了维持原来相界面处的局部碳浓度平衡，
在γ/Fe3C相界面处的渗碳体必须溶入奥氏体 以供应碳量，使其碳浓度恢复至Cγ/cem。同时， 在γ/α相界面处的铁素体必转变为奥氏体，使
其碳浓度降至Cγ/α。这样，奥氏体的两个相 界面便自然地同时向渗碳体和铁素体中推移，
使奥氏体不断长大。
在铁素体中也进行着碳的扩散。在铁素体、
为了区别， 通常把实际加热时的相变临界点 标以字母c（如AC1、AC3、ACcm） 把冷却时的相变临界点 标以字母r（如Ar1，Ar3，Arcm
1.2 奥氏体的组织和结构
奥氏体的组织通常是由等轴状的多边形晶粒所组成，晶内常可出现相变孪晶
12CrNi3钢的原奥氏体晶粒组织
奥氏体不锈钢
纯铜
形变和退火孪晶
FeБайду номын сангаасC ） → γ
6.69%
0.77%
点阵结构：体心立方 复杂斜方 面心立方
从右图中的GS线可知，奥氏体中 与铁素体相平衡的碳含量随温度升高 而下降。铁素体中的最大碳含量为 0.02%（在A1温度），而为使铁素体转 变为奥氏体，铁素体的最低碳含量必 须是：727℃为0.77%、740℃为0.66%、 780℃为0.40%、800℃为0.32%等等， 均远远高于铁素体中的最大碳含量。 实际上，在微观体积内由于碳原子的 热运动而存在着浓度起伏。
1.3 奥氏体的性能
面心立方点阵是一种最密排的点阵结构，致密度高，所以奥氏体的比 容最小。
❖奥氏体中铁原子的自扩散激活能大，扩散系数小，因此奥氏体钢的热 强性好，可作为高温用钢。
奥氏体具有顺磁性，而奥氏体的转变产物均为铁磁性，所以奥氏体钢 又可作为无磁性钢。
奥氏体的线膨胀系数大，因此奥氏体钢也可用来制作热膨胀灵敏的仪 表元件；
CH3.5 非平衡组织加热时奥氏体转变及本章总结PPT(11级)
2016/12/11
14
授课 朱世杰
奥氏体和钢在加热过程中的转变
• • • • • • • • • • • • 3.共析碳钢奥氏体等温形成动力学（TTA图）有什么特点？ 非共析钢和共析碳钢奥氏体等温形成动力学图有什么异同？ 影响奥氏体等温形成的形核率和长大速度的因素有哪些？ 如何计算形核率和奥氏体线长大速度（经验公式）？ 影响奥氏体转变速度的因素有哪些？如何影响？ 合金钢的奥氏体转变有什么特点（合金元素对奥氏体形成的四个阶段 有何影响）？为什么？ 4.奥氏体晶粒度的概念，晶粒度级别与晶粒大小的关系式。 如何显示和评定晶粒度级别？何谓起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶 粒度？试加以比较。 奥氏体晶粒长大的类型？长大的驱动力是什么？ 影响奥氏体晶粒长大过程的因素有哪些？如何影响？ 如何控制奥氏体晶粒长大（获得细小的奥氏体晶粒的途径）？ 钢中弥散析出的第二相对奥氏体晶粒的长大有何影响？
针状奥氏体是非平衡组织加热过程中，奥氏体化的初始阶段 产生的一种过渡性组织形态，它也是通过形核与长大形成的。 以板条马氏体为原始组织的低、中碳合金钢在 Ac1~Ac3 之间 的低温区加热时，在马氏体板条间形成针状奥氏体。同时，还 会在原奥氏体晶界、马氏体板条束间及其它位臵产生颗粒状奥
氏体晶粒 。 针状奥氏体的晶核在较小的过热度下即可形成。
针状奥氏体合并长大示意图奥氏体和钢在加热过程中的转变奥氏体和钢在加热过程中的转变授课朱世杰201612182加热速度慢速加热时钢中的碳和合金元素在原马氏体条间和束界上富集并与位错发生相互作用抑制相的再结晶当加热到临界温度以上时形成针状奥氏体并合并导致组织遗传
奥氏体和钢在加热过程中的转变
3.5 非平衡组织加热时奥氏体转变
非平衡组织是指淬火组织或淬火后回火不充分 的组织，包括马氏体、贝氏体以及回火马氏体等。
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授课 朱世杰
奥氏体和钢在加热过程中的转变
• • • • • • • • • • • • 3.共析碳钢奥氏体等温形成动力学（TTA图）有什么特点？ 非共析钢和共析碳钢奥氏体等温形成动力学图有什么异同？ 影响奥氏体等温形成的形核率和长大速度的因素有哪些？ 如何计算形核率和奥氏体线长大速度（经验公式）？ 影响奥氏体转变速度的因素有哪些？如何影响？ 合金钢的奥氏体转变有什么特点（合金元素对奥氏体形成的四个阶段 有何影响）？为什么？ 4.奥氏体晶粒度的概念，晶粒度级别与晶粒大小的关系式。 如何显示和评定晶粒度级别？何谓起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶 粒度？试加以比较。 奥氏体晶粒长大的类型？长大的驱动力是什么？ 影响奥氏体晶粒长大过程的因素有哪些？如何影响？ 如何控制奥氏体晶粒长大（获得细小的奥氏体晶粒的途径）？ 钢中弥散析出的第二相对奥氏体晶粒的长大有何影响？
针状奥氏体是非平衡组织加热过程中，奥氏体化的初始阶段 产生的一种过渡性组织形态，它也是通过形核与长大形成的。 以板条马氏体为原始组织的低、中碳合金钢在 Ac1~Ac3 之间 的低温区加热时，在马氏体板条间形成针状奥氏体。同时，还 会在原奥氏体晶界、马氏体板条束间及其它位臵产生颗粒状奥
氏体晶粒 。 针状奥氏体的晶核在较小的过热度下即可形成。
针状奥氏体合并长大示意图奥氏体和钢在加热过程中的转变奥氏体和钢在加热过程中的转变授课朱世杰201612182加热速度慢速加热时钢中的碳和合金元素在原马氏体条间和束界上富集并与位错发生相互作用抑制相的再结晶当加热到临界温度以上时形成针状奥氏体并合并导致组织遗传
奥氏体和钢在加热过程中的转变
3.5 非平衡组织加热时奥氏体转变
非平衡组织是指淬火组织或淬火后回火不充分 的组织，包括马氏体、贝氏体以及回火马氏体等。
钢的过冷奥氏体转变图PPT课件
②贝氏体转变区域（中温转变） 温度范围：C曲线鼻尖温度～Ms。 B是过饱和C的铁素体和渗碳体非片层状的混合物。
其形态、性能及形成过程都和P不同。
对T8而言： B上形成温度T：550～350℃ 硬度HRC60～45 B下形成温度T：350～240℃ 硬度HRC45～55
③马氏体转变区域（低温转变）。 温度范围：Ms～Mf
●本章主要介绍过冷A等温转变图和连续冷却转变图及其 内在联系。这两种动力学图是制定热处理工艺、选择钢材 和预测热处理后零件性能的重要理论依据之一。
一.IT图的建立
●常用的方法有: ①金相硬度法 ②膨胀法 ③磁性法 ④电阻法
●金相硬度法： 是最基本直观和精确的方法，也是常用方法之一。
它是将一组试样（φ10～15mm，厚度1.5mm左右，数量5～ 10个）加热奥氏体化→迅速冷却到各个不同的等温温度 （置于导热性好的熔融金属或盐溶炉）→在每个温度保温 （停留）不同时间后淬火（淬入盐水中）→在500倍金相显 微镜下观察其分解产物和转变量，当分解产物出现1～2％ 时，所对应的保温就认为在该保温温度的转变开始时间。 当分解产物达98％时间为转变终了时间。
Fe、C原子扩散速度的制约。
2）过冷A在不同温度范围内的转变产物各不相同 从图6-1可见有三个相变区域: P相变区、B相变区和M
相变区。以T8钢为例，同温度的转变产物如图2所示：
图2 T8钢 过冷 奥氏 体等 温转 变图
①P转变区域（高温转变） 从A1～550℃范围内，A等温分解为片状F＋片状
2.特点： 1）过冷A在不同温度(T)的等温分解时都有一个 孕育期t,孕育期随等温温度T的改变而改变。 ●在鼻尖上部：孕育期随T↑而延长； ●在鼻尖下部：孕育期随T↓而延长；
●在鼻尖处：孕育期最短，此时A最不稳定，是转变速度的 极大值。 这是由于随着过冷度的增大，相变化学自由能差增大，而
其形态、性能及形成过程都和P不同。
对T8而言： B上形成温度T：550～350℃ 硬度HRC60～45 B下形成温度T：350～240℃ 硬度HRC45～55
③马氏体转变区域（低温转变）。 温度范围：Ms～Mf
●本章主要介绍过冷A等温转变图和连续冷却转变图及其 内在联系。这两种动力学图是制定热处理工艺、选择钢材 和预测热处理后零件性能的重要理论依据之一。
一.IT图的建立
●常用的方法有: ①金相硬度法 ②膨胀法 ③磁性法 ④电阻法
●金相硬度法： 是最基本直观和精确的方法，也是常用方法之一。
它是将一组试样（φ10～15mm，厚度1.5mm左右，数量5～ 10个）加热奥氏体化→迅速冷却到各个不同的等温温度 （置于导热性好的熔融金属或盐溶炉）→在每个温度保温 （停留）不同时间后淬火（淬入盐水中）→在500倍金相显 微镜下观察其分解产物和转变量，当分解产物出现1～2％ 时，所对应的保温就认为在该保温温度的转变开始时间。 当分解产物达98％时间为转变终了时间。
Fe、C原子扩散速度的制约。
2）过冷A在不同温度范围内的转变产物各不相同 从图6-1可见有三个相变区域: P相变区、B相变区和M
相变区。以T8钢为例，同温度的转变产物如图2所示：
图2 T8钢 过冷 奥氏 体等 温转 变图
①P转变区域（高温转变） 从A1～550℃范围内，A等温分解为片状F＋片状
2.特点： 1）过冷A在不同温度(T)的等温分解时都有一个 孕育期t,孕育期随等温温度T的改变而改变。 ●在鼻尖上部：孕育期随T↑而延长； ●在鼻尖下部：孕育期随T↓而延长；
●在鼻尖处：孕育期最短，此时A最不稳定，是转变速度的 极大值。 这是由于随着过冷度的增大，相变化学自由能差增大，而
金属热处理原理奥氏体的形成课件.ppt
❖ 界面处碳浓度差大，有利于获得奥氏体晶核形成 所需的碳浓度。
❖ 界面处原子排列不规则，铁原子有可能通过短程 扩散由母相点阵向新相点阵转移，即新相形成所 需的结构起伏小。
❖ 在相界、晶界等缺陷处具有较高的畸变能,新相形 核时可能消除部分晶体缺陷而使系统自由能降低。
❖ 新相形核时产生的应变能也较容易借助相界(晶界) 流变而释放。
❖ 四个基本过程完成外，还有先共析铁 素体（渗碳体）向奥氏体的转变。
❖ 见动画
金属热处理原理奥氏体的形成课件
1.3 奥氏体形成动力学
金属热处理原理奥氏体的形成课件
1.3.1 奥氏体等温形成动力学 [1]
(1) 形核率I
I = C exp [-(Q+W) /kT] 其中: C—常数; Q—扩散激活能; T—绝对温度;
❖ 合金元素对A形成速度的影响，也受到合金碳化物向A中 溶解难易程度的牵制。
Cr，2%，（FeCr）3C；6%，（CrFe）7C3---慢 11%， （CrFe）23C6---快
❖ 改变临界点
Ni、Mn、Cu 等↓A1， ↑奥氏体形成速度； Cr、Mo、Ti、Si、Al、W等↑ A1 ， ↓奥氏体形成速度；
不均，晶界弯曲，界面能很高。 ❖ 界面能越高则界面越不稳定，必然要自发地向减
小晶界面积，降低界面能方向发展。弯曲晶界变 成平直晶界是一种自发过程。 晶粒长大的驱动力G：G = 2σ/R σ-奥氏体的比界面能；R-晶界曲率半径
金属热处理原理奥氏体的形成课件
（2）晶粒长大过程
❖ 奥氏体化（ austenitizing）： 钢加热获得奥氏体的过程。
金属热处理原理奥氏体的形成课件
1.1 奥氏体的组织、结构和性能
金属热处理原理奥氏体的形成课件
❖ 界面处原子排列不规则，铁原子有可能通过短程 扩散由母相点阵向新相点阵转移，即新相形成所 需的结构起伏小。
❖ 在相界、晶界等缺陷处具有较高的畸变能,新相形 核时可能消除部分晶体缺陷而使系统自由能降低。
❖ 新相形核时产生的应变能也较容易借助相界(晶界) 流变而释放。
❖ 四个基本过程完成外，还有先共析铁 素体（渗碳体）向奥氏体的转变。
❖ 见动画
金属热处理原理奥氏体的形成课件
1.3 奥氏体形成动力学
金属热处理原理奥氏体的形成课件
1.3.1 奥氏体等温形成动力学 [1]
(1) 形核率I
I = C exp [-(Q+W) /kT] 其中: C—常数; Q—扩散激活能; T—绝对温度;
❖ 合金元素对A形成速度的影响，也受到合金碳化物向A中 溶解难易程度的牵制。
Cr，2%，（FeCr）3C；6%，（CrFe）7C3---慢 11%， （CrFe）23C6---快
❖ 改变临界点
Ni、Mn、Cu 等↓A1， ↑奥氏体形成速度； Cr、Mo、Ti、Si、Al、W等↑ A1 ， ↓奥氏体形成速度；
不均，晶界弯曲，界面能很高。 ❖ 界面能越高则界面越不稳定，必然要自发地向减
小晶界面积，降低界面能方向发展。弯曲晶界变 成平直晶界是一种自发过程。 晶粒长大的驱动力G：G = 2σ/R σ-奥氏体的比界面能；R-晶界曲率半径
金属热处理原理奥氏体的形成课件
（2）晶粒长大过程
❖ 奥氏体化（ austenitizing）： 钢加热获得奥氏体的过程。
金属热处理原理奥氏体的形成课件
1.1 奥氏体的组织、结构和性能
金属热处理原理奥氏体的形成课件
钢中奥氏体的形成精品PPT课件
4.1.3奥氏体的性能 1.机械性能： (1)屈服强度、硬度低 易于变形加工成型； (2)塑性、韧性高； (3)热强性高 2.应用：(1)变形加工成型；(2)奥氏体不锈钢
耐蚀性；(3)膨胀仪表灵敏元件。
10
物理性能
因面心立方点阵是一种最密排的点阵结构， 致密度高，所以奥氏体的比容最小；
奥氏体的导热性差，故奥氏体钢加热时， 不宜采用过大的加热速度，以免因热应力 过大引起工件变形；
奥氏体的线膨胀系数大，因此奥氏体钢也 可用来制作热膨胀灵敏的仪表元件；
11
奥氏体具有顺磁性，而奥氏体的转变产物 均为铁磁性，所以奥氏体钢又可作为无磁 性钢；
单相奥氏体具有耐腐蚀性； 奥氏体中铁原子的自扩散激活能大，扩散
系数小，因此奥氏体钢的热强性好，可以 作为高温用钢。
12
4.2 奥氏体的形成
如此历经“破坏平衡”、
“建立平衡”的反复， 奥氏体晶核长大。
F
Fe3C
C1
A
C2 C3
C4
珠光体片间距
26
2.奥氏体晶格改组 一般认为，平衡加热过热度很小时，通过
Fe原子自扩散完成晶格改组。 也有人认为，当过热度很大时，晶格改组
通过Fe原子切变完成。
27
28
29
30
4.3 奥氏体动力学
D L+Fe3C F
K
+Fe3C
2
3
4
5
6
wC(%)
17
奥氏体的形成过程
奥氏体的形成由四个基本过程组成： 形核 长大 渗碳体的溶解 成分的均匀化
18
19
20
Wc=0.20%
亚共析钢
Wc=0.60%
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2016/12/11 17
授课 朱世杰
马氏体转变
本章思考题
（1）马氏体和马氏体转变的本质。马氏体的晶体结构的类型。 （2）马氏体转变的主要特征(五个特征的内容：非恒温性、切变
共格性和表面浮凸效应、无扩散性、与奥氏体存在着严格的晶体学
关系、可逆性）。哪些实验现象可以说明马氏体转变具有无扩散性？ （3）马氏体有哪两种基本形态？它们在亚结构以及力学性能上有
授课 朱世杰
2016/12/11
16
马氏体转变
本章小结
1. 基本概念：马氏体、马氏体转变 2. 马氏体(M)相变的五个主要特征 3. 马氏体的晶体结构(体心立方、正方)，马氏体的两种基本形态(板条马氏 体和片状马氏体 )，影响马氏体形态及其内部亚结构的因素 (Wc、形成温 度) 4. 马氏体转变的热力学条件(T<Ms)、驱动力、T0、MS、Mf的物理意义、Ms点 很低的原因、马氏体形成的两个条件、影响钢的MS点因素 5. 马氏体转变动力学主要有四种方式，各种方式的特征。 6. 马氏体转变机制：形核理论、三种切变模型。 7. 马氏体的性能：力学性能的显著特点、马氏体高硬度(高强度)的本质(变 强化机制)、强度和韧性与含碳量及亚结构的关系；高碳马氏体的显微裂 纹。 8. 奥氏体稳定化：热稳定化和机械稳定化。 9. 马氏体转变的应用。
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授课 朱世杰
马氏体转变 2.影响热稳定化的因素
影响热稳定化的因素是等温温度和等温时间，同时也受已生成 的马氏体量的影响。 1. 长时间等温时，等温温度越高，稳定化越快，稳定化程度 θ 越低；短时间等温时，等温温度越高，稳定化越慢，稳定化程度 θ 越大。但热稳定化有一温度上限，用MC表示。只有在MC以下停留才会 产生热稳定化。 2.等温温度一定时，等温时间越长，稳定化程度先增后减. 3.已转变的马氏体量越多，奥氏体的稳定化程度也越高。
45钢正常淬火组织
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马氏体转变
（二）工业用钢中马氏体形态的应用
1、低碳钢和低碳合金钢的强烈淬火
低碳钢和低碳合金钢采用强烈淬火可以获得几乎全部是板条 马氏体。 2、中碳低合金钢和中碳合金钢的高温加热淬火 中碳低合金钢和中碳合金钢采用一般淬火获得混合马氏体，
而采用高温加热淬火可以获得几乎全部是板条马氏体或板条马
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马氏体转变
6.7.3 形状记忆效应
一、形状记忆效应
形状记忆合金：某些合金在马氏体状态下进行塑性变形后， 再将其加热到Af温度以上，便会自动恢复到母相原来的形状。
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马氏体转变
形状记忆效应(链接)：单程(链接)、双程
形状记忆效应的基本原理： 形状记忆效应是有马氏体转变的热弹性马氏体及伪弹性行为 引起的。
马氏体转变
6.6 奥氏体稳定化
奥氏体稳定化是指奥氏体在外界因素作用下，促使内 部结构发生了某种变化而使γ→M的转变呈现迟滞的现象。
奥氏体稳定化分为：奥氏体热稳定化和奥氏体机械稳
定化
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马氏体转变
6.6.1 奥氏体热稳定化
一.奥氏体热稳定化现象 淬火时，冷却中断会引起奥氏体稳 定化，冷却中断后继续冷却，转变并不 立即恢复，而要滞后一段温度 θ, 转变 才继续进行。冷却到室温时，未转变的 残余奥氏体量也增多。 奥氏体热稳定化程度可用滞后温度 θ 以及室温时的残余奥氏体增量 δ 来表 示。冷却缓慢相当于在一连串温度下的 短时间停留，故也会造成稳定化。实例： 油淬得到的残余奥氏体比水淬多。 引起热稳定化的必要条件是：碳和 氮的存在。热稳定化有一温度上限，通 常以MC表示，只有在MC点以下，等温停留 或缓冷才会造成热稳定化。
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马氏体转变
（一）工业用钢中马氏体形态及应用
1.低碳钢中的马氏体 含碳量低于0.2%的低碳钢和低合金碳钢（如15、15MnVB、 15SiMn3Mo等钢）的马氏体基本全是板条马氏体。
2.中碳结构钢中的马氏体 含碳量高于0.2%、低于0.6%的中碳钢（如45、40Cr等钢） 的马氏体为板条马氏体和片状马氏体的混合组织，残余奥氏体少。
氏体加少量片状马氏体。可大幅度提高钢的韧性。 3、高碳钢的低温快速、短时间加热淬火
高碳钢的低温快速、短时间加热淬火，奥氏体中保留碳化物
而使奥氏体中含碳量降低，淬火后获得更多的板条马氏体。
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马氏体转变
6.7.2 奥氏体稳定化的应用
1. 为减少工件淬火变形而有意保持一定量的残余奥氏体。 (1)分级淬火 (2)等温淬火 (3)提高奥氏体化温度，使碳化物较多的溶入奥氏体，降低MS点。 2. 为保证工件有较高的硬度和耐磨性、尽量减少残余奥氏体的量。 (1)采用较快冷速的普通淬火(简单工件) (2)采用MS点附近作短暂停留的分级淬火 (3)淬火后进行冷处理时两者之间的时间间隔应尽量短。 残余奥氏体不仅降低淬火钢的硬度和耐磨性，而且在工件使用过程中， 残余奥氏体会继续转变成马氏体，使这就要求高精度的工件，如，精密丝杠， 精密量具，精密轴承等。为了保证使工件形状，尺寸发生变化，影响工件的 尺寸精度，用期间的精度，淬火工件冷却到室温后，在冷却到 -78℃或 183℃，来最大限度消除残余奥氏体，达到增加硬度，耐磨性与尺寸稳定性 的目的，这种处理成“冷处理”。 3.为保证工件尺寸的稳定性和钢的强韧性而提高残余奥氏体的稳定性。
形状记忆效应示意图。(a)单程形状 记忆效应(b)双程形状记忆效应
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单程形状记忆效应原理
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马氏体转变 形状记忆合金的应用实例：
血 管 支 架
爬行机器人的爬行驱动装置移动机构整体图
NiTi折叠发射自动张开的宇航天线(链接)
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马氏体转变
6.7.4 Zr2O基陶瓷的多晶型性转变 1170℃ 2730℃ 3680℃ m－Zr2O ↔ t－Zr2O ↔ C－Zr2O ↔ 熔体 晶格类型 单斜 四方 立方 其中t－Zr2O→m－Zr2O属于马氏体相变，通过无扩散切变来实现。 6.7.5 防止焊接冷裂缝 焊接用钢的含碳量低，其MS点应不低于300℃，形成板条马氏 体并“自回火”。而中碳高强度焊接用钢焊接时及焊接后冷却时 应预热、缓冷。 6.7.6 中Mn耐磨铸铁 Mn扩大奥氏体区，使碳曲线右移并降低MS点，易形成马氏体， 提高耐磨性。
稳定化。
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马氏体转变
本节小结
1、奥氏体稳定化的定义。 2、奥氏体稳定化的类型、形成条件及影响因素： 奥氏体热稳定化和奥氏体机械稳定化。
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马氏体转变
6.7 马氏体转变的应用
6.7.1 钢的强韧化热处理 一.Q-P处理工艺 淬火后迅速在一定温度下保持（简称为淬火－分配，即Q-P 处理）。
什么差异? 影响马氏体形态及其内部亚结构的因素有哪些？（两种
基本形态是板条马氏体和片状马氏体：形成的钢和合金、形成温度、 组织特征、金相形态、立体形态、晶体类型、亚结构、与奥氏体的
晶体学关系、形成过程、残余奥氏体、力学性能）
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马氏体转变
• （4）马氏体的形成的热力学条件；To、Ms、Mf、Md点有什么物
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马氏体转变
二.材料的韧化 其典型成分为：Fe-9Cr-8Ni-4Mo-2Mn-2Si-0.3C(wt%)，这类钢综合利 用马氏体相变产生的塑性，以及形变热处理提供的强化，比一般超高 强度钢具有更为优越的强韧性。
利用马氏体相变可以使材料韧化。例如相变诱发塑性钢 (TRIP钢)，
理意义？Ms点为什么很低？马氏体转变的驱动力是什么？马氏体的 形成条件是什么？影响钢的MS点因素有哪些？如何影响？马氏体转
变量与温度的关系是什么？自回火的概念。
• • （5）马氏体转变的动力学主要有哪几种方式？各种方式有什么 特征？ （6）马氏体的力学性能有何显著特点？钢中马氏体具有高硬度、 高强度的本质是什么(强化机制）? 淬火钢的硬度与马氏体的硬度 是否相同？为什么? 马氏体的性能与形态、亚结构有什么关系？ • （7）奥氏体稳定化的概念。热稳定化和机械稳定化的区别。
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马氏体转变
•
先形成的马氏体片横贯整个
奥氏体晶粒，但不能穿过晶界 和孪晶界。后形成的马氏体片 不能穿过先形成的马氏体片， 所以越是后形成的马氏体片越
奥氏体+马氏体
细小。
• 原始奥氏体晶粒细，转变后 的马氏体片也细。当最大马氏 体片细到光镜下无法分辨时， 该马氏体称隐晶马氏体。
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4.冷却速度愈大，奥氏体的稳定化 程度也越小。 5.奥氏体的含碳(氮)量越高，奥氏 体的稳定化程度也越高。碳、氮在缺 陷处偏聚。
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马氏体转变
6.6.2 奥氏体机械稳定化
在Md 以上，对奥氏体进行塑性变形，当形变量足够大时， 可引起奥氏体稳定化使随后的马氏体相变困难，这种稳定化现 象称为机械稳定化。即马氏体相变困难，MS点降低，残余奥氏 体增多。 在Md以下，对奥氏体进行塑性变形，可以诱发马氏体相变， 但也会使未转变的奥氏体发生相硬化，从而使残余奥氏体机械
但在正常淬火工艺条件下得到的马氏体组织细微，在常用的放大 倍数下，不易清晰地辨认出来。
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马高于0.8%的高碳钢（如T8、T12等钢）的马氏体全 部为片状马氏体，残余奥氏体多。但在正常淬火工艺条件下得 到的马氏体组织为片状马氏体和一定量的板条马氏体，在常用 的放大倍数下，片状特征不明显，因为淬火后组织为未溶的碳 化物质点加隐晶马氏体（或隐针马氏体，因为马氏体组织极细， 在一般显微镜下，其针状晶体很不明显，故而得名）。如果提 高温度，容易得到粗大的针状马氏体，因为高碳马氏体针的最 大尺寸受实际奥氏体晶粒大小所限制。
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马氏体转变
本章思考题
（1）马氏体和马氏体转变的本质。马氏体的晶体结构的类型。 （2）马氏体转变的主要特征(五个特征的内容：非恒温性、切变
共格性和表面浮凸效应、无扩散性、与奥氏体存在着严格的晶体学
关系、可逆性）。哪些实验现象可以说明马氏体转变具有无扩散性？ （3）马氏体有哪两种基本形态？它们在亚结构以及力学性能上有
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1. 基本概念：马氏体、马氏体转变 2. 马氏体(M)相变的五个主要特征 3. 马氏体的晶体结构(体心立方、正方)，马氏体的两种基本形态(板条马氏 体和片状马氏体 )，影响马氏体形态及其内部亚结构的因素 (Wc、形成温 度) 4. 马氏体转变的热力学条件(T<Ms)、驱动力、T0、MS、Mf的物理意义、Ms点 很低的原因、马氏体形成的两个条件、影响钢的MS点因素 5. 马氏体转变动力学主要有四种方式，各种方式的特征。 6. 马氏体转变机制：形核理论、三种切变模型。 7. 马氏体的性能：力学性能的显著特点、马氏体高硬度(高强度)的本质(变 强化机制)、强度和韧性与含碳量及亚结构的关系；高碳马氏体的显微裂 纹。 8. 奥氏体稳定化：热稳定化和机械稳定化。 9. 马氏体转变的应用。
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马氏体转变 2.影响热稳定化的因素
影响热稳定化的因素是等温温度和等温时间，同时也受已生成 的马氏体量的影响。 1. 长时间等温时，等温温度越高，稳定化越快，稳定化程度 θ 越低；短时间等温时，等温温度越高，稳定化越慢，稳定化程度 θ 越大。但热稳定化有一温度上限，用MC表示。只有在MC以下停留才会 产生热稳定化。 2.等温温度一定时，等温时间越长，稳定化程度先增后减. 3.已转变的马氏体量越多，奥氏体的稳定化程度也越高。
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（二）工业用钢中马氏体形态的应用
1、低碳钢和低碳合金钢的强烈淬火
低碳钢和低碳合金钢采用强烈淬火可以获得几乎全部是板条 马氏体。 2、中碳低合金钢和中碳合金钢的高温加热淬火 中碳低合金钢和中碳合金钢采用一般淬火获得混合马氏体，
而采用高温加热淬火可以获得几乎全部是板条马氏体或板条马
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6.7.3 形状记忆效应
一、形状记忆效应
形状记忆合金：某些合金在马氏体状态下进行塑性变形后， 再将其加热到Af温度以上，便会自动恢复到母相原来的形状。
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6.6 奥氏体稳定化
奥氏体稳定化是指奥氏体在外界因素作用下，促使内 部结构发生了某种变化而使γ→M的转变呈现迟滞的现象。
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6.6.1 奥氏体热稳定化
一.奥氏体热稳定化现象 淬火时，冷却中断会引起奥氏体稳 定化，冷却中断后继续冷却，转变并不 立即恢复，而要滞后一段温度 θ, 转变 才继续进行。冷却到室温时，未转变的 残余奥氏体量也增多。 奥氏体热稳定化程度可用滞后温度 θ 以及室温时的残余奥氏体增量 δ 来表 示。冷却缓慢相当于在一连串温度下的 短时间停留，故也会造成稳定化。实例： 油淬得到的残余奥氏体比水淬多。 引起热稳定化的必要条件是：碳和 氮的存在。热稳定化有一温度上限，通 常以MC表示，只有在MC点以下，等温停留 或缓冷才会造成热稳定化。
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1.低碳钢中的马氏体 含碳量低于0.2%的低碳钢和低合金碳钢（如15、15MnVB、 15SiMn3Mo等钢）的马氏体基本全是板条马氏体。
2.中碳结构钢中的马氏体 含碳量高于0.2%、低于0.6%的中碳钢（如45、40Cr等钢） 的马氏体为板条马氏体和片状马氏体的混合组织，残余奥氏体少。
氏体加少量片状马氏体。可大幅度提高钢的韧性。 3、高碳钢的低温快速、短时间加热淬火
高碳钢的低温快速、短时间加热淬火，奥氏体中保留碳化物
而使奥氏体中含碳量降低，淬火后获得更多的板条马氏体。
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6.7.2 奥氏体稳定化的应用
1. 为减少工件淬火变形而有意保持一定量的残余奥氏体。 (1)分级淬火 (2)等温淬火 (3)提高奥氏体化温度，使碳化物较多的溶入奥氏体，降低MS点。 2. 为保证工件有较高的硬度和耐磨性、尽量减少残余奥氏体的量。 (1)采用较快冷速的普通淬火(简单工件) (2)采用MS点附近作短暂停留的分级淬火 (3)淬火后进行冷处理时两者之间的时间间隔应尽量短。 残余奥氏体不仅降低淬火钢的硬度和耐磨性，而且在工件使用过程中， 残余奥氏体会继续转变成马氏体，使这就要求高精度的工件，如，精密丝杠， 精密量具，精密轴承等。为了保证使工件形状，尺寸发生变化，影响工件的 尺寸精度，用期间的精度，淬火工件冷却到室温后，在冷却到 -78℃或 183℃，来最大限度消除残余奥氏体，达到增加硬度，耐磨性与尺寸稳定性 的目的，这种处理成“冷处理”。 3.为保证工件尺寸的稳定性和钢的强韧性而提高残余奥氏体的稳定性。
形状记忆效应示意图。(a)单程形状 记忆效应(b)双程形状记忆效应
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单程形状记忆效应原理
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马氏体转变 形状记忆合金的应用实例：
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6.7.4 Zr2O基陶瓷的多晶型性转变 1170℃ 2730℃ 3680℃ m－Zr2O ↔ t－Zr2O ↔ C－Zr2O ↔ 熔体 晶格类型 单斜 四方 立方 其中t－Zr2O→m－Zr2O属于马氏体相变，通过无扩散切变来实现。 6.7.5 防止焊接冷裂缝 焊接用钢的含碳量低，其MS点应不低于300℃，形成板条马氏 体并“自回火”。而中碳高强度焊接用钢焊接时及焊接后冷却时 应预热、缓冷。 6.7.6 中Mn耐磨铸铁 Mn扩大奥氏体区，使碳曲线右移并降低MS点，易形成马氏体， 提高耐磨性。
稳定化。
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1、奥氏体稳定化的定义。 2、奥氏体稳定化的类型、形成条件及影响因素： 奥氏体热稳定化和奥氏体机械稳定化。
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6.7 马氏体转变的应用
6.7.1 钢的强韧化热处理 一.Q-P处理工艺 淬火后迅速在一定温度下保持（简称为淬火－分配，即Q-P 处理）。
什么差异? 影响马氏体形态及其内部亚结构的因素有哪些？（两种
基本形态是板条马氏体和片状马氏体：形成的钢和合金、形成温度、 组织特征、金相形态、立体形态、晶体类型、亚结构、与奥氏体的
晶体学关系、形成过程、残余奥氏体、力学性能）
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• （4）马氏体的形成的热力学条件；To、Ms、Mf、Md点有什么物
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二.材料的韧化 其典型成分为：Fe-9Cr-8Ni-4Mo-2Mn-2Si-0.3C(wt%)，这类钢综合利 用马氏体相变产生的塑性，以及形变热处理提供的强化，比一般超高 强度钢具有更为优越的强韧性。
利用马氏体相变可以使材料韧化。例如相变诱发塑性钢 (TRIP钢)，
理意义？Ms点为什么很低？马氏体转变的驱动力是什么？马氏体的 形成条件是什么？影响钢的MS点因素有哪些？如何影响？马氏体转
变量与温度的关系是什么？自回火的概念。
• • （5）马氏体转变的动力学主要有哪几种方式？各种方式有什么 特征？ （6）马氏体的力学性能有何显著特点？钢中马氏体具有高硬度、 高强度的本质是什么(强化机制）? 淬火钢的硬度与马氏体的硬度 是否相同？为什么? 马氏体的性能与形态、亚结构有什么关系？ • （7）奥氏体稳定化的概念。热稳定化和机械稳定化的区别。
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•
先形成的马氏体片横贯整个
奥氏体晶粒，但不能穿过晶界 和孪晶界。后形成的马氏体片 不能穿过先形成的马氏体片， 所以越是后形成的马氏体片越
奥氏体+马氏体
细小。
• 原始奥氏体晶粒细，转变后 的马氏体片也细。当最大马氏 体片细到光镜下无法分辨时， 该马氏体称隐晶马氏体。
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4.冷却速度愈大，奥氏体的稳定化 程度也越小。 5.奥氏体的含碳(氮)量越高，奥氏 体的稳定化程度也越高。碳、氮在缺 陷处偏聚。
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马氏体转变
6.6.2 奥氏体机械稳定化
在Md 以上，对奥氏体进行塑性变形，当形变量足够大时， 可引起奥氏体稳定化使随后的马氏体相变困难，这种稳定化现 象称为机械稳定化。即马氏体相变困难，MS点降低，残余奥氏 体增多。 在Md以下，对奥氏体进行塑性变形，可以诱发马氏体相变， 但也会使未转变的奥氏体发生相硬化，从而使残余奥氏体机械
但在正常淬火工艺条件下得到的马氏体组织细微，在常用的放大 倍数下，不易清晰地辨认出来。
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马高于0.8%的高碳钢（如T8、T12等钢）的马氏体全 部为片状马氏体，残余奥氏体多。但在正常淬火工艺条件下得 到的马氏体组织为片状马氏体和一定量的板条马氏体，在常用 的放大倍数下，片状特征不明显，因为淬火后组织为未溶的碳 化物质点加隐晶马氏体（或隐针马氏体，因为马氏体组织极细， 在一般显微镜下，其针状晶体很不明显，故而得名）。如果提 高温度，容易得到粗大的针状马氏体，因为高碳马氏体针的最 大尺寸受实际奥氏体晶粒大小所限制。