CH6.4马氏体相变的热力学PPT(10级).ppt

6.4 马氏体相变的热力学 一. 马氏体转变的热力学条件(链接) 马氏体和奥氏体的自由能均随温度上升而下降，到T0温度时二者相等。与加热转变和珠光体转变不同，当奥氏体被过冷到略低于T0时，马氏体转变并不发生, 必须过冷到T0以下某一温度MS时，才会发生马氏体转变，到Mf点结束转变。 理论上相变热力学条件：△GV=GM－Gγ＜0，γ→M ，需要过冷度但很大，必须降低到Ms点以下。 二. 马氏体转变的驱动力 当奥氏体具有一般大小的晶粒度，完全奥氏体化后，奥氏体向马氏体相变的驱动力为：△Gγ→M =－(ΔGV＋ΔGD) 其中，△Gγ→M－马氏体的形成化学驱动力(MS点处的ΔGV＋ΔGD)； △GV为马氏体相变时马氏体和奥氏体的自由能差， △GV=GM－Gγ；ΔGD为奥氏体晶体缺陷消失所提供的能量作为驱动力，但因缺陷形成一定的组态而提高母相的强度而增大相变的阻力，即存在两种相反的效应。 三.马氏体转变的阻力及Ms点很低的原因 奥氏体向马氏体相变的自由能的变化为： ΔG = －(ΔGV＋ΔGD)+△GS ＋△GE +ΣГ 0 式中△GS—形成新相马氏体，产生新界面，增加了表面能，△GS = Sγ； △GE—马氏体与奥氏体维持共格界面、比容增大引起弹性应变能； ΣГ为马氏体相变时产生宏观均匀切变做功、产生宏观不均匀切变形成高密度的位错时造成的位错储存能、孪晶界面能(孪晶储存能量)、层错能及磁场能，马氏体形成时邻近原子发生协作变形而作功等其它能量之和。 后三项(△GS＋△GE＋△GP)阻力很大。只有当ΔG≤0时，即化学驱动力△Gγ→M (前二项之和)大于等于阻力(后三项之和)时，马氏体相变才能够发生。 四. MS的物理意义 T0—奥氏体自由能与马氏体自由能相等的温度； MS—马氏体开始转变温度(马氏体转变开始点)；表示过冷奥氏体向马氏体转变的开始温度。 MS的物理意义是奥氏体与马氏体两相的自由能差达到相变所需的最小驱动力时的温度，即马氏体转变得以进行所需的最小过冷度。 Mf—马氏体连续转变的最低温度点(马氏体转变终止点)。 五. 马氏体的形成条件 (1) 快冷 V Vc(Vc为临界淬火冷却速度) 避免奥氏体向P、B转变。 (2) 深冷 T MS 提供足够的驱动力。 六. 形变诱发马氏体 形变诱发马氏体是指在T0与Ms之间，由于奥氏体受到塑性变形而形成的马氏体。 在T0到MS之间，马氏体相变不会自动发生，但如引入塑性变形，使塑变的机械驱动力叠加相变的化学驱动力(马氏体与奥氏体二相自由能差)，并达到马氏体相变所需的最小驱动力ΔGγ→M 时，马氏体相变也会发生。此时形成的马氏体称为形变诱发马氏体。此时的温度称为形变诱发马氏体温度点(形变马氏体点)，记为Md。Md不能大于T0。形变马氏体的形态与前述的马氏体相同。 　 发生形变诱发马氏体的原因是由于塑性变形提供了机械驱动力(链接) ，使马氏体转变点升高的缘故。塑性变形相当于提高了系统自由能，由塑性变形提供的机械驱动力补充了化学驱动力的不足，使两者之和达到发生马氏体相变所需的驱动力?G???‘。 6.4.2 影响钢的MS因素 影响Ms点的因素如下几个方面： 奥氏体的成分 加热温度和保温时间 冷却速度 应力 塑性变形 存在先马氏体组织 一.奥氏体的化学成分 1. 碳含量(链接) Wc↑，Ms↓、Mf↓；Ms和Mf下降不一致。 Wc0.6%，Mf比Ms下降得快。Wc↑， Wc0.2%，Ms显著下降；Wc0.2%，Ms直线下降。 Wc0.6%，Mf显著下降；Wc0.6%，Mf下降缓慢，Mf0℃(低于室温)。 原因： 碳含量升高，使奥氏体的强度↑，相变阻力↑，切变困难，MS↓。 2.合金元素 右图为合金元素对Ms影响。除Co、Al以外，大多数合金元素总是Ms 、Mf下降。 二. 加热温度和保温时间 加热温度和保温时间的影响是两方面的 1. 提高奥氏体化加热温度和保温时间，奥氏体晶粒长大，缺陷减少，降低了切变强度，马氏体形成的阻力减小，Ms升高。 三. 淬火冷却速度 淬火冷却速度低时，Ms点恒定值；淬火冷却速度高时，Ms点为另一