马氏体转化的特点

什么是马氏体？

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相变特征和机制

马氏体相变具有热效应和体积效应，相变过程是形核和生长过程。但目前还没有完整的模型来形成核心和生长。马氏体通常生长得更快，有些甚至高达105cm·s-1.人们认为母相中的晶体缺陷（如位错）组态对马氏体核有影响，但实验技术无法观察到相界面上位错的组态，因此马氏体相变过程无法看到其全貌。其特征可概括如下：

马氏体相变是无扩散相变之一。相变过程中，不穿越界面的原子不规则行走或顺序跳跃。因此，新相（马氏体）继承了母相的化学成分、原子序态和晶体缺陷。在马氏体相变过程中，原子定期保持相邻原子之间的相对关系,这种位移是切变的(图1)。原子位移的结果产生点阵应变(或变形)(图2)。这种切变位移不仅改变了母相点阵的结构，还改变了宏观形状。先画一条直线，如图3所示a中的PQRS，如果样品的一部分(A1B1C1D1-A2B2C2D2)马氏体相变(形成马氏体)),则PQRS直线折成PQ、QR'及R'S'三段相连的直线,平面A1两相界面B1C1D1及A2B2C2D2.保持不应变和不旋转，称为习惯(分析)表面。这种形状变化称为不变平面应变(图3)。形状变化使先抛光的样品表面形成浮突。从图4可以看出,图5显示了高碳钢马氏体的表面浮突,可见马氏体形成,与马氏体相交的表面倾斜,在干涉显微镜下可见到浮突的高度以及完整尖锐的边缘（图6）。

马氏体习惯(分析)面

当马氏体相变时，新相马氏体形成在一定的母相表面，称为习惯（分析）表面，通常不是一个简单的指数表面，如镍钢中的马氏体(γ){135}首先形成(图7)。当马氏体形成时，与母相界面有很大的应变。为了部分降低这种应变能量，辅助变形将界面从图7中的{135}改为{224}表面。图7中，马氏体呈透镜状，具有中脊表面，是双晶密度高的表面，即{135}γ这些马氏体孪晶是马氏体内的亚结构。双晶或(和)位错存在于铁基合金的马氏体中,双晶或层错通常存在于非铁合金中。从图7也可以看出，马氏体周围的母相（奥氏体）形成密度较高的位错，这是在马氏体相变时形成的。

原子在马氏体相变时定期位移,使新相(马氏体)和母相始终保持一定的位向关系。在铁基合金中，它以从面心立方母相γ到体心立方(正方)马氏体M而闻名урдюмов-Sachs关系(简称K-S关系){111}γ∥{011}M,<01ī>γ∥<ī11>M与西山关系；{111}γ∥{110}M，<211>γ∥<110>M。当从面心立方母相P为六方马氏体时,则有：{111}p∥{001}ε,<110>p∥<110>ε。

马氏体相变的可逆性

马氏体相变是可逆的。当母相冷却时，它开始在一定温度下转化为马氏体，并将其标记为Ms,加热时，马氏体逆变为母相，开始逆变的温度标记为As图8中表示Fe-Ni和Au-Cd合金的Ms和As,它们周围的区域称为热滞区域,可见Fe-Ni马氏体相变具有热滞大,而Au-Cd它很小。当相变时合作变形变为范性变形时，一般热滞较大；弹性变形时,热滞很小。像Au-Cd当这种合金冷却时，马氏体生长并增加，一旦加热，就会立即收缩甚至消失。因此，这种合金的马氏体相变具有热弹性，称为热弹性马氏体相变。

马氏体转体的温度－时间关系

在一般合金的马氏体相变中，马氏体的形成量只是温度函数，即随着温度的下降，马氏体的形成量增加，称为变温马氏体的形成，如图9所示?为马氏体形成量、Tq淬火介质的温度)。但在一些合金中

(Fe-Ni-Mn)马氏体的形成量是时间的函数，即马氏体的形成量随着时间的延长而增加,如图10所示，称为等温马氏体的形成％指马氏体形成量)。一些高碳高合金钢,例如，高速钢和轴承钢主要形成变温马氏体，但等温马氏体也可以在一定条件下形成。这两种马氏体本质上可能是一致的,然而，当变温马氏体形成时，母相不续相变(稳定性)),为了继续形成马氏体，必须冷却并增加相变的驱动力。一定的应力和变形作为附加驱动力，会促进马氏体的形成；但过度变形会阻碍马氏体变形（机械稳定性）。

工业应用

马氏体相变规律在工业中的应用取得了显著的效果。除了马氏体强化在钢铁中的广泛应用外，相变规律还用于控制变形，提高钢铁热处理的性能。目前，人们对铁基合金的成分、马氏体形态和力学性质有了清晰的认识,低碳型(条状)马氏体具有位错亚结构，具有一定的强度和良好的韧性,双晶亚结构的高碳（片状）马氏体强度高，但韧性差。因此，低碳马氏体在工业上得到了广泛的应用。形变热处理和马氏体时效钢（含碳）的应用～0.02％)创造是利用低碳马氏体的良好韧性。图11是低碳马氏体光学显微镜下的金相组织；图12是低碳马氏体透射电子显微镜下的金相组织，可以看到内部位错亚结构。利用马氏体相变时的塑性增长，建立了相变诱导塑性钢（TRIP钢）（见形变热处理）。

有些合金如（Au-Cd，In-Tl等）马氏体一定应力时，会诱发马氏体的形成，产生相应的应变。应力去除后，马氏体立即逆变为母相，应变反应。这种现象被称为伪弹性。图13显示Ag-Cd合金的伪弹性现象。具有热弹性和伪弹性的部分合金中还具有“形状记忆效应”，即合金经马氏体相变后经过形变使形状改变，但经过加热逆变后对母相原来形状有记忆效应，会自动回复母相的原来形状，图14为形状记忆效应示意图。有的合金不但对母相形状，而且再次冷却时对马氏体形状也具有记忆效应称为“双程记忆效应”。利用这种效应制成的形状记忆合金，已可工业应用。

研究马氏体相变

温度和验证相变过程仍处于启动阶段。虽然相变的习惯（分析）表面、取向关系和应变量可以从实验中获得，但原子迁移的过程尚未理解。晶体表象理论，应用数学（矩阵）处理,预测马氏体相变过程的形状变化是均匀点阵变形、不均匀变形和刚性旋转的结果；这只是Au-Cd、Fe3Pt并验证了高镍钢和高铝钢，大多数合金并不完全符合实验结果。在一些马氏体相变之前，观察到物理性质的变化（如弹性模量下降）揭示了相变前母相点阵振动（声学模型）的软化，预相变和软模型引起了人们的关注。马氏体相变研究历史悠久，广泛应用于工业中，并开始统一研究金属和非金属的马氏体相变。

马氏体转变的特点是什么？

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马氏体转变的特点是什么？

01转变可逆性

在某些铁合金、镍与其他有色金属中，奥氏体冷却转变为马氏体，重新加热时已形成的马氏体又能无扩散的转变为奥氏体，这就是马氏体转变的可逆性。但是在一般碳钢中不发生按马氏体转变机构的逆转变，因为加热时马氏体早已分解成铁素体和碳化物。

02非扩散转型

奥氏体向马氏体的转变是非扩散性转变。转化形成α铁中碳的过饱和固溶体。过饱和碳在α铁中引起较大的晶格畸变，并与晶体中的缺陷发生强烈的交互作用，导致固溶性强化和加工硬化效应强，使马氏体硬度特别高。碳含量越高，马氏体硬度就越高。

03切变共格性

马氏体是通过切变形成的。同时，马氏体与母相奥氏体保持共格。界面上的原子不仅属于马氏体，也属于奥氏体。相界面是一个切变共格界面，也称为习惯界面。04形成速度快

马氏体的形成速度非常快(经测定，马氏体形成所需时间小于10^-7s)。奥氏体冷却到Ms点以下时，立即开始瞬间转化为马氏体。新的马氏体在钢材中的形成取决于温度的持续下降。如果是Ms点以下Mf在上述温度下，马氏体不再生长，因此也有人称之为变温马氏体。这种极硬的相瞬间形成必然会给金属带来巨大的应力。

形成05固定温度范围

在固定温度范围内形成马氏体。马氏体是Ms～Mf在连续冷却的过程中不断形成。M的马氏体转变s没有过冷现象，不像其他类型的相变会产生过冷，而且低于Mf点的温度继续冷却也不会有新的马氏体形成，所以把Mf点叫马氏体转变终点。

06转变不彻底

马氏体转化不彻底,一定要留下少量的奥氏体。任何持续冷却的停顿和减慢都会增加奥氏体的稳定性和残余奥氏体的数量。Ms～Mf其位置取决于奥氏体成分，碳含量的增加使其降低。碳含量高于0.5%时，Mf点降至室温以下，所以钢冷至室温也不能完全转变成马氏体，而要保留一部分残余奥氏体，其量随碳含量增大而增大。

07体积膨胀

当奥氏体转化为马氏体时，体积膨胀，这在钢中产生了很大的内应力。生成的马氏体对未转化的奥氏体构成了很大的内应力，这也使得马氏体转化无法进行到底，并且总是保留一些不能转化的残余奥氏体。