材料热处理 固态相变 第三章马氏体转变
马氏体和贝氏体转变温度_概述说明以及解释
马氏体和贝氏体转变温度概述说明以及解释1. 引言1.1 概述马氏体和贝氏体转变温度是金属材料中一个重要的热处理参数，对于决定材料的性能具有重要影响。
马氏体和贝氏体都是金属材料在固态相变时产生的晶体结构类型，它们的转变温度是指在一定条件下，马氏体相或贝氏体相开始生成或完全消失的温度。
本文旨在系统地介绍马氏体和贝氏体转变温度的相关知识，包括其定义、原理以及测定方法。
通过深入探讨这些方面内容，我们可以更好地理解马氏体和贝氏体转变温度对于金属材料性能及加工过程的影响，并为研究者提供必要的参考资料。
1.2 文章结构本文将按照以下结构进行论述：- 引言部分首先概述了文章的背景和目标。
- 随后，在第二部分中详细介绍了马氏体转变温度，包括其定义与原理、影响因素以及测定方法。
- 第三部分则重点讨论了贝氏体转变温度，涉及到其定义与原理、影响因素以及测定方法。
- 第四部分将马氏体和贝氏体转变温度进行了关联，包括相互关系及对比分析、实际应用案例分析以及进一步研究和发展方向。
- 最后，本文将在结论部分总结论述内容，并提出未来研究的方向。
1.3 目的本文旨在系统概述和解释马氏体和贝氏体转变温度的相关知识，便于读者深入理解这两个参数在金属材料中的作用。
通过阐述马氏体和贝氏体转变温度的定义、原理以及测定方法，读者能够更好地理解这些参数对于金属材料性能和加工过程的影响。
同时，本文还将通过对马氏体和贝氏体转变温度之间关系的探讨，为读者提供一些实际应用案例以及未来研究方向的建议。
2. 马氏体转变温度2.1 定义和原理马氏体转变温度(Martensitic Transformation Temperature)是指当金属经历回火或降温等热处理过程后，发生马氏体相变的温度。
在固溶态的情况下，金属晶体中的原子具有较高的无序性，而经过回火或降温处理后，晶体结构会发生变化从而形成马氏体。
马氏体相是一种具有高硬度和脆性的晶态组织，在压缩应力作用下具有变形能力。
热处理原理之马氏体转变
马氏体转变过程中，存在熵变，熵变与热力学第二定律有关。
马氏体转变的相变驱动力与热力学关系
温度
温度是影响马氏体转变的重要因素之一 ，温度的升高或降低会影响马氏体的形 成和转变。
VS
应力
应力也是影响马氏体转变的因素之一，应 力可以促进或抑制马氏体的形成和转变。
马氏体转变过程中的热效应与热力学关系
马氏体转变的种类与形态
板条状马氏体
01
02
03
定义
板条状马氏体是一种具有 板条状结构的马氏体，通 常在低合金钢和不锈钢中 形成。
形态
板条状马氏体由许多平行 排列的板条组成，每个板 条内部具有单一的马氏体 相。
特点
板条状马氏体具有较高的 强度和硬度，同时具有良 好的韧性。
片状马氏体
定义
片状马氏体是一种具有片 状结构的马氏体，通常在 高速钢和高温合金中形成 。
这种转变主要在钢、钛、锆等金属及 其合金中发生，常温下不发生马氏体 转变。
马氏体转变的特点
01
马氏体转变具有明显的滞后效应，转变速度与温度 和时间有关。
02
转变过程中伴随着体积的收缩或膨胀，并伴随着能 量的吸收或释放。
03
马氏体转变过程中晶体结构发生改变，但化学成分 基本保持不变。
马氏体转变的应用
06
相关文献与进一步阅读建议
主要参考文献列表
01
张玉庭. (2004). 热处理工艺学. 科学出版社.
02
王晓军, 王心悦. (2018). 材料热处理技术原理与应用. 机械 工业出版社.
03
周志敏, 纪松. (2019). 热处理实用技术与应用实例. 化学工 业出版社.
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第3章马氏体转变.
马氏体转变量只取决于冷却所到达的温
度，与该温度下的停留时间无关。
一般碳钢及合金钢均具有变温型的马氏 体转变动力学。
图3-6 连续冷却时马氏体转 变动力学曲线
图 3-7 Fe-Ni-Mn 合金马氏体等 温转变动力学曲线（成分： 25.7%Ni，2.95%Mn）
2 等温形核、瞬时长大
图3-3 合金元素对Ms点的影响
（ 2 ）形变与应力的影响
M s-Md
之间塑性变形的影响 塑性变形会不同程度地促使奥氏体在变 形温度下发生马氏体转变。变形度愈大, 变形温度愈低 (愈接近 Ms 点), 对马氏 体的促生作用愈大。 Md 点以上塑性变形的影响 奥氏体的预先变形会降低 Ms 点，并减 少冷却时产生的马氏体量。变形温度愈 高, 此作用愈大。
(2) 西山关系
{111 }γ∥ {110}α；<112> γ∥ <110> α
(3) G-T关系
(4) 惯习面:马氏体在母相上开始形成的晶面。
{111} γ 、{225} γ 、{259} γ ，随含碳量增加 和形成温度降低，向高指数变化。
4 在一个温度范围内完成相变 马氏体转变开始温度Ms ：奥氏体必须被过冷到 Ms 点以下才开始转变为马氏体； 不需要孕育期；转变速度极快； 降温形成，转变量是温度的函数，与时间无关； 马氏体转变终了温度Mf ： 马氏体转变在一定的温度区间( Ms-Mf )完成。 马氏体转变具有不完全性； 残余奥氏体：奥氏体冷却到Mf温度以下仍不能得 到100%马氏体，而保留一部分未转变的奥氏体。 冷处理：在室温s 点以下某一温度保温时, 过冷奥氏体需经一定 的孕育期以后才开始形成马氏体。随着保温时间的增 长, 马氏体量不断增多, 即转变量是时间的函数； 马氏体晶核形成后马氏体的长大速度很快,但长大到一 定尺寸后不再长大,马氏体的转变量取决于形核率； 在任一等温条件下, 马氏体的转变量都是有限的, 即 不能完全（ 100% ）转变。 Fe-Ni(22.5-26%)-Mn（2-4%）、 Fe-Ni(-26% )-Cr （-3%）以及 Fe-5.2%Mn-1.1%C 合金中陆续发现了等 温马氏体转变。这类合金的 Ms 点均在 0℃以下。
马氏体转变
非平衡条件下，金属和合金中发生的非扩散的晶型转变。
是固态一级相变的一种基本类型。
产物称为马氏体，通常具有板、片状的外形。
研究简史19世纪中叶，英国人索尔拜首次用显微镜观察了淬硬钢的金相组织，后对此种针状组织物命名为马氏体。
图1示出高碳钢淬火态的金相组织，针状物(其空间形态为板片状)为马氏体，基底为残留奥氏体。
20世纪20年代，美国人芬克和苏联人库尔久莫夫分别(独立地)用x射线衍射技术确定了钢中马氏体的本质:体心正方结构，碳在a-Fe中的过饱和固溶体，奥氏体在非平衡(大过冷)条件下转变成的一种介稳相。
到50年代，不但积累了大量有关钢中马氏体转变的技术资料，而且还发现在一系列有色合金及某几种纯金属中也发生相似的转变。
在此基础上，逐渐认识到，以钢中马氏体形成为代表的相变，是一种与历来了解的固态扩散型晶型转变具有本质区别的固态一级相变--非扩散的晶型转变，定名为马氏体转变。
各种合金系中经马氏体转变形成的低温产物皆称为马氏体，如钛合金中马氏体、铜合金中马氏体等。
马氏体转变是金属热处理时发生的相变的基本类型之一，对钢的强化热处理及形状记忆合金的应用技术具有重要意义。
(1)宏观形状效应。
不但有体积变化，而且有形状变化。
如图2所示，在母相的自由表(平)面上，转变成马氏体的那块面积发生一定角度的倾斜，并仍保持为平面。
由此带动邻近的母相呈山峰状凸起(另一侧下凹)，原始态表面的直线刻痕转入新相后仍为直线，在界面处不断开，保持连续。
(2)非扩散。
生成相与母相成分相同，以共格或半共格界面为生长相界面，故不存在相界面迁移的热激活机制。
形核率和长大速度皆与扩散型转变的热动力学处理结果显著不符。
(3)惯习现象。
生成相的片、板的空间取向不是任意的，而是平行于母相的某个晶面(称为惯习面)。
作为母相的一个原子面，惯习面在相变过程中既不畸变，也不转动，是不变平面。
图3是对图2的局部作进一步标注，a'b'曲面发生转动，面积也有变化;但AB线段长度不变，方向也不变。
《材科热处理原理》思考题
《材科热处理原理》思考题第一章固态相变概论1. 金属固态相变的主要类型有哪些？2. 热力学主要的状态函数与状态变数之间的关系如何？3. 金属固态相变按（1）相变前后热力学函数、（2）原子迁移情况、（3）相变方式分为哪几类？4. 金属固态相变有哪些特点？5. 固态相变的驱动力和阻力包括什么？加以说明。
6. 固态相变的过程中形核和长大的方式是什么？加以说明。
7. 何谓热处理？热处理的目的是什么？热处理在机械加工过程中作用有那些？热处理与合金相图有何关系？8. 金属固态相变主要有哪些变化？9. 说明下列符号的物理意义及加热速度和冷却速度对他们的影响？Ａc1、Ａr1、Ａc3、Ａr3、Ａccm、Ａrcm10. 一些概念：固态相变、热处理、平衡转变、不平衡转变、同素异构转变、多形性转变、共析转变、包析转变、平衡脱溶沉淀、调幅分解、有序化转变、伪共析转变、马氏体转变、贝氏体转变、块状转变、不平衡脱溶沉淀、一级相变、二级相变、扩散型相变、非扩散型相变、半扩散型相变、共格界面、半共格界面、非共格界面、惯习面、位向关系、应变能、界面能、过渡相、均匀形核、非均匀形核、晶界形核、位错形核、空位形核、界面过程、传质过程、协同型方式长大、非协同型方式长大、切变机制、台阶机制第二章钢中奥氏体的形成1. 奥氏体(A)的晶体结构，组织形态与性能有什么特点？2. 奥氏体形成的热力学条件是什么？共析钢的珠光体（平衡态组织）向奥氏体转变属于何种转变？试说明珠光体向奥氏体转变过程。
3. 钢在实际热处理加热和冷却过程时的临界点为什么偏离相图上的临界点？实际的临界点如何表示？实际的临界点与加热和冷却速度有什么关系？4. 试以碳扩散的观点说明奥氏体长大机理。
（奥氏体的形成包括哪几个过程？为什么说奥氏体形成是以C 扩散为基础并受碳扩散控制的？）5. 说明奥氏体形成时铁素体先消失的原因。
6. 非共析钢的奥氏体的形成与共析钢的奥氏体的形成有哪些异同？7. 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？8. 影响奥氏体等温形成的形核率的因素有哪些？如何计算A线长大速度？影响奥氏体转变速度的因素有哪些？如何影响？（奥氏体等温形成动力学（形核与长大）的经验公式）（为什么温度升高，奥氏体转变速度加快？）（合金元素对奥氏体的形成速度有什么影响？）9. 合金钢的奥氏体形成动力学有什么特点？10. 连续加热时奥氏体形成动力学有什么特点？试以连续加热时奥氏体的形成动力学曲线，说明奥氏体形成时临界点的变化。
固态相变概论
7) 有序化转变:在平衡条件下，固溶体（包括以中间相为基的固溶体） 中各组元原子在晶体点阵中的相对位置由无序到有序（指长程有序） 的转变过程。表示为α→α 。
变。
6
一、按平衡状态分类
1、平衡转变：是指在极为缓慢的加热或冷却条件下，所发生
的能够获得符合平衡状态图的平衡组织的转变。
1) 纯金属的同素异构转变：纯金属在温度和压力改变时，由一种晶 体结构转变为另一种晶体结构的过程。可表示为αγ
2) 多形性转变 ：在固溶体中发生的同素异构转变。可表示为αγ 3) 共析转变：冷却时，固溶体同时析出并分解为两个不同成分和结
相图：在热力学平衡条件下，描述合金中所应该存在的 相与成分、温度（压力）等之间关系的图。
热处理过程：通过控制温度变化来控制固态相变的发生。 相变热力学的研究内容：通过计算平衡或亚稳平衡系统
的能量，给出相变发生的方向和驱动力大小。 相变动力学的研究内容：研究相变发生的过程、速度、
程度等，与时间变化有关的内容。 相变晶体学的研究内容：研究新相与母相之间的各种晶
V T
p
V V
V T
p
V
Cp称为材料的等压比热 称为材料的体积压缩系数
称为材料的热膨胀系数
14
二级相变时一级偏导数相等，二级偏导数不相等，则有：
S1= S2；V1= V2； Cp1≠Cp2；α1≠ α2 ；β1≠β2
说明：二级相变时，没有体积和熵的突变，即没有体积的胀缩 和相变潜热的释放和吸收。但是体积压缩系数β 、热膨胀 系数α、等压比热Cp有突变。材料的部分有序化转变、磁性 转变均属于二级相变。
钢的热处理-马氏体转变
２．西山关系（Ｎ关系）
西山在Fe-30%Ni合金中首先测定出另一种位 向关系。Ｎ关系和Ｋ－Ｓ关系之间相差 5°16'。
111
// 011
' ,
12
K-S关系示意图
西山关系示意图
３．Ｇ-Ｔ关系
格伦宁格和特洛亚诺在研究Fe-22%Ni-0.8%C 时发现G-T关系。位于Ｋ－Ｓ关系和Ｎ关系之 间。只有少部分铁合金的片状马氏体具有这种 位向关系，一般工业用钢中不存在。
马氏体组织基本全是板条马氏体。 （２）中碳结构钢中的马氏体 淬火后一般为板条马氏体和针状马氏体的混合
组织（基本无残余奥氏体）（45、40Cr）。 （３）高碳工具钢中的马氏体 淬火组织全部为针状马氏体。一般正常淬火工
艺得到的是渗碳体加隐晶马氏体。
二、影响马氏体形态及其亚结构的主要因素
１．Ms点 一般规律是， Ms点高，淬火容易得到板条 马氏体， Ms点低，易形成片状马氏体。 严格地说，决定马氏体形态及其亚结构的 不是Ms点，而是马氏体的形成温度。实验 证明，同一成分的合金在连续冷却时，由 于马氏体实际上是在不同温度形成的，因 而 具 有 不 同 的 形 态 。 例 如 ， Fe-30%Ni0.2%C 合 金 ， 由 奥 氏 体 状 态 到 -200℃ ， 依 次得到板条马氏体、蝴蝶状马氏体、透镜 状马氏体及薄板状四种形态马氏体。
1%的合金元素对Ms点的影响 元素 Mn Cr V Ni Mo Cu Si Co Al ℃ -45 -35 -30 -26 -25 -7 0 12 18
自由能
M
A F
T4 T1 T3 T T2
T0 温度
合金元素对Ms点的影响原因分 析
２．其它因素对Ms点的影响 （１）奥氏体晶粒大小的影响
热处理—马氏体
什么是马氏体转变：研究简史19世纪中叶，英国人索尔拜首次用显微镜观察了淬硬钢的金相组织，后对此种针状组织物命名为马氏体。
图1示出高碳钢淬火态的金相组织，针状物(其空间形态为板片状)为马氏体，基底为残留奥氏体。
20世纪20年代，美国人芬克和苏联人库尔久莫夫分别(独立地)用x射线衍射技术确定了钢中马氏体的本质：体心正方结构，碳在a-Fe中的过饱和固溶体，奥氏体在非平衡(大过冷)条件下转变成的一种介稳相。
到50年代，不但积累了大量有关钢中马氏体转变的技术资料，而且还发现在一系列有色合金及某几种纯金属中也发生相似的转变。
在此基础上，逐渐认识到，以钢中马氏体形成为代表的相变，是一种与历来了解的固态扩散型晶型转变具有本质区别的固态一级相变——非扩散的晶型转变，定名为马氏体转变。
各种合金系中经马氏体转变形成的低温产物皆称为马氏体，如钛合金中马氏体、铜合金中马氏体等。
马氏体转变是金属热处理时发生的相变的基本类型之一，对钢的强化热处理及形状记忆合金的应用技术具有重要意义。
非平衡条件下，金属和合金中发生的非扩散的晶型转变。
是固态一级相变的一种基本类型。
产物称为马氏体，通常具有板、片状的外形。
主要特征(1)宏观形状效应。
不但有体积变化，而且有形状变化。
如图2所示，在母相的自由表(平)面上，转变成马氏体的那块面积发生一定角度的倾斜，并仍保持为平面。
由此带动邻近的母相呈山峰状凸起(另一侧下凹)，原始态表面的直线刻痕转入新相后仍为直线，在界面处不断开，保持连续。
(2)非扩散。
生成相与母相成分相同，以共格或半共格界面为生长相界面，故不存在相界面迁移的热激活机制。
形核率和长大速度皆与扩散型转变的热动力学处理结果显著不符。
(3)惯习现象。
生成相的片、板的空间取向不是任意的，而是平行于母相的某个晶面(称为惯习面)。
作为母相的一个原子面，惯习面在相变过程中既不畸变，也不转动，是不变平面。
图3是对图2的局部作进一步标注，a’b’曲面发生转动，面积也有变化；但AB线段长度不变，方向也不变。
马氏体转变
§ 1—4 马氏体转变钢经奥氏体化后，快速冷却，抑制其扩散性分解，在较低温度下发生的转变，为马氏体转变。
马氏体转变是钢件热处理强化的主要手段之一。
因此，马氏体转变理论的研究与热处理实践有着十分密切的关系。
早在战国时期，人们已经知道可以用淬火，即将钢加热到高温后淬入水或油中急冷的方法提高钢的硬度。
经过淬火的钢制宝剑可以“销铁如泥” 。
但是在当时，对于淬火能提高钢的硬度的本质还不清楚。
直到十九世纪未期，人们才知道，钢在加热与冷却过程中，内部相组成发生了变化，因而引起了钢的性能的改变。
为了纪念在这一发展过程中作出杰出贡献的德国冶金学家Adolph Marte ns （阿道夫，马顿斯），法国著名的冶金学家Osmo nd （奥斯门德）建议将钢经淬火所得高硬度相称为马氏体，并因此而将得到马氏体相的转变过程称为马氏体转变。
马氏体的英文名称为-Martensite，常用M表示。
由于钢在生产上得到了最广泛的应用以及马氏体转变最先在钢的淬火过程中发展，因此，在十九世纪未，二十世纪初对马氏体的研究，主要局限于研究钢中的马氏体转变及转变所得的马氏体。
二十世纪三十年代，人们用X射线结构分析方法测得钢中马氏体是C溶于a -Fe而形成的过饱和固溶体。
马氏体中的固溶碳即原奥氏体中的固溶碳。
因此，曾一度认为所谓马氏体即碳在中a -Fe 的过饱和间隙固溶体。
对于马氏体转变的研究，初期着重于了解马氏体转变与钢中其它转变的不同点，正是由于观察到了一系列不同于其它转变的特点，曾经有人认为马氏体转变与其它转变不同，是一个由快冷造成的内应力场所引起的切变过程。
四十年代后，在Fe-Ni、Fe-Mn 合金以及许多有色金属及合金中也发现了马氏体转变。
不仅观察到了冷却过程中发生的马氏体转变，还观察到了加热过程中所发生的马氏体转变。
新观察到的马氏体转变的特征和钢中马氏体转变的特征相似，基于这一新的发现，人们不得不把马氏体的定义修正为：凡相变的基本特征属于马氏体型的产物统称为马氏体。
材料科学基础马氏体转变
A－C原子进入正八面体中心，点阵对称膨 胀M－C原子进入扁八面体中心，畸变偶极应力 场硬化要素
间隙固溶强化作用；晶界、位错、孪晶的强 化作用；C原子团簇的位错钉扎作用
固态相变
马氏体的塑性和韧性与其含碳量、组织形态 及亚结构密切相关。一般地，铁碳合金中， w(C)<0.3%，形成板条M，塑性和韧性好； w(C)> 1.0%,形成片状M,塑性和韧性差； 0.3－1.0%C之间形成板条M+片状M的混 合组织,可能获得良好强韧性。
固态相变
固态相变
(112)f K-S二次切变
N-W二次切变
3.G-T机制
固态相变
4. 晶体学表象理论
（Wechsler-Read-Lieberman, WLR理论）
不解释原子如何移动导致相变，而只根据转变起 始和最终的晶体状态，预测马氏体转变的晶体学 参量。 前提条件：惯习面为不变平面
(1)通过Bain形变得到马氏体点阵 (2)为得到无畸变的惯习面，需引入一个适当的 点阵不变切变，这种点阵不变切变可以通过微区 滑移或孪生实现。 (3)进行整体的刚性旋转使非畸变平面恢复到初 始的位置。
四、马氏体转变化曲线 临界化学驱动力：
DGT =Ms = DS (T0 - MS )
马氏体转变在较大的过冷度下才能发生 原因：M转变将引起形状和体积变化，产 生很高的应变能。只有相变驱动力大得足 以克服因高应变能所造成的相变阻力，新 相才有生长的机会。
固态相变
六、马氏体相变表象理论
1. Bain模型 z=z’
x’ x
固态相变
y y’
固态相变
K－S关系
2. K-S和N-W机制
点阵以(111)f为底面，按ABCABC的次序 自下而上堆垛。 切变进行步骤：
2.钢的热处理-钢的马氏体转变
• 马氏体转变的含义：指钢从奥氏体状态快速 冷却(即淬火)而发生的无扩散型相变，转变 产物称为马氏体。
• 转变式： • A→M • 其成分和高温A相同，只发生晶格转变
2.4.1.1 马氏体晶体结构
• 1.马氏体定义：马氏体是碳溶于α-Fe中的过饱和 间隙式固溶体。 • 其中的碳择优分布在c轴方向上的八面体间隙位置。 • • • • 2.马氏体晶体结构 体心立方（bcc）。C%<0.1%, c/a=1 体心正方（bct），0.1~1.4%， c/a>1 体心斜方（bcp），C%>1.4%, c/a>1, b/a>1
2.4.3 马氏体转变的动力学特点
• 2.4.3.1 马氏体的变温形成 出现于碳钢及低合金钢中、为变温转变。 过冷奥氏体向马氏体转变是在连续冷却过程中进行。马 氏体转变量是在Ms－Mf温度范围内，通过不断降温来增加 的，即马氏体转变量是温度的函数。 特点：变温瞬时形核，快速（瞬时）长大
2.4.3.2 马氏体的等温形成
2.4.1.2 马氏体转变的基本特征
马氏体转变在极低温度下进行的一种转 变 ，具有下列五个特征： •
• • • • 马氏体转变的非恒温性 马氏体转变的切变共格性和表面浮凸现象 马氏体转变的无扩散性 马氏体转变具有一定的位向关系和惯习面 马氏体转变的可逆性
1、马氏体转变的非恒温性
（马氏体转变在一定的温度范围内进行、不完全性 ） 奥氏体以大于某一临界速度 V的速度冷却到某一温度， 不需孕育，转变立即发生，并且以极大速度进行，但很快 停止。这一温度称为马氏体转变开始温度，用Ms代表。 为使转变继续进行，必须继续降低温度，所以马氏体 转变是在不断降温的条件下才能进行。冷至Mf马氏体转变 的终止。Mf 称为马氏体转变的终止点（温度）。把马氏体 的降温转变称为马氏体转变的非恒温性。
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马氏体形成热力学
T0为马氏体和奥氏体自由 能相等的温度。 Ms必须低于T0，AS必须高 于T0。 AS为马氏体转变为奥氏体 的开始温度。
Ms的物理意义 T0为马氏体和奥氏体自由能相等 的温度。C含量越高， T0越低。 Ms为两相自由能差达到相变所需 最小驱动力时的温度。
相变驱动力与（T0－Ms）成正比
第三章 马氏体转变
概述
• 钢奥氏体化后快冷，抑制其扩散型分解（珠光体分解等）， 通过原位切变方式，得到马氏体组织。
• 低碳钢淬火得到板条状马氏体，强度、韧性均佳 • 高碳钢、高Ni的Fe-Ni合金淬火得到片状马氏体，硬度高、
韧性极差 • 中碳钢淬火后得到混合马氏体，硬度较高，塑性、韧性较
低碳钢下降。 • 凡是基本特征属于切变共格型的相变均称为马氏体相变，
• 等温转变通常不能进行到 底，因为马氏体的体积膨 胀增加未转变奥氏体的变 形，使其切变阻力增加。
奥氏体－马氏体转变理论
经典理论：考虑自由能 差，界面能和畸变能
形成的可能性较小
位错理论：结构不均匀区，如缺陷、夹杂、 形变区，作为马氏体的核胚。
马氏体转变的切变模型
贝茵模型：面心结构可看作为体心正方结构。 通过c轴的压缩和a轴的伸长，可以得到c/a接 近马氏体的正方度。模型不完善。
切变共格界面，既属于奥氏体，又属 于马氏体，且相互牵制
2、无扩散性
• 通过点阵的均匀切变，相邻原子的位移小 于一个原子间距，实现晶格由面心立方转 变为体心正方。
• C原子无扩散，相变可在很低的温度下以极 快的速度进行。
具有一定的位相关系和惯习面
• 马氏体和奥氏体的晶面和晶向间存在一定 的位相关系
T0、Ms、As均为浓度的函数。 Md为获得形变马氏体的最高温度。Ad为获得形变奥 氏体的最低温度。 T0≈1/2（ Md + Ad ）
Md的物理意义
在T0下的T1温度，形 变的机械驱动力能补 偿化学驱动力（自由 能差），该T1温度即 为Md。
马氏体相变需很大的过冷度
• Fe-C合金Ms比T0低200℃，需要很大的相变驱动 力
• 相变需克服界面能，比容增大和维持共格需要的
弹性能，切变能（改变晶体结构和形状），基体
的形变能（包括位错的应变能），马氏体储存的
能量（形成位错的应变能和形成孪晶的界面能）
等。
0.12399cm3 / g
0.12708cm3 / g
M 0.12915cm3 / g
转变量与膨胀量成正比
钢组织的比容：
C处于α-Fe体心单胞的八面体间隙， 即各棱边中央和面心位置即 rFe=1.241Å，rb/rFe=0.15 rb=0.186Å(八面体间隙的球半径)， 而rC=0.77Å，故C原子会引起点阵 发生严重畸变，这就是形成正方 度的原因。
马氏体转变的主要特点 1、共格切变和表面浮凸现象
相变前金相磨面上的直线在相变后变成折线，表明马 氏体以切变方式进行。
其他影响因素
在Ms和Md之间变形，转变温度越低，形变量 越大，马氏体转变量越大。
其他影响因素
• 马氏体转变时体积膨胀 • 多向压缩时阻止马氏体形成，降低Ms。 • 拉应力和单向压应力有利于马氏体的形成，
使Ms点升高。 • 奥氏体晶粒细化，增加切变强度，降低Ms。
马氏体形成动力学
马氏体的降温形成
• 马氏体在母相的一定晶面上开始形成的， 这个晶面即称为惯习面，通常以母相的晶 面指数表示。又近似的是“不畸变面”。
在一个转变温度范围内完成
马氏体必须不断降温才能 继续转变。冷却中断，转 变也即停止。 Ms－转变开始温度 Mf－转变结束温度 残余奥氏体 冷处理
马氏体转变最基本特点
• 共格切变转变 • 相变无扩散性
马氏体形态与C含量的关系
残余奥氏体
Fe-C合金片状马氏体的显微裂纹
片状马氏体很脆，形成时 的高速碰撞造成显微裂纹 单位体积马氏体中显微裂 纹的面积SV作为形成裂纹 的敏感度。 奥氏体晶粒粗大、马氏体 含碳量高易形成裂纹。 措施
马氏体的性能
硬度和强度
含碳量高，硬度高。但高于0.6％时，由 于存在残余奥氏体，钢的硬度反而下降。 曲线3：马氏体的硬度随碳含量的变化。 曲线1：Ac3或Accm以上加热淬火，碳化物 溶入，Ms下降，残余奥氏体增加，钢的硬 度降低。 曲线2：略高于Ac1加热淬火，残余奥氏体 量减少，钢的硬度随碳含量的变化不大。
• 马氏体的降温形成
• 相变驱动力大，激活能很小，长大速度极 快。
• 转变量取决于到达Ms点以下的程度，等温 时转变一般不再进行。转变量的增加依赖 于继续降温，形成新的马氏体。
随温度降低，马氏体量增加
降低Ms和Mf的因素，使残余奥氏体 量增加（通常只冷却到室温）
马氏体形成动力学
马氏体的等温转变
• 高碳钢和高合金钢主要是 降温形成，但一定条件下 既可以是原有马氏体片的 继续生长，也有可能是重 新生核长大。
0.12399cm3 / g 0.12708cm3 / g
M 0.12915cm3 / g
Mf
F
Ms
E
钢(0.8%C) 比容：
0.12399cm3 / g 0.12708cm3 / g
M 0.12915cm3 / g
转变量＝ FE DC
影响Ms点的主要因素
取决于对T0和奥氏体 的强化作用。 增加C含量降低T0、强 化奥氏体（增加切变 阻力），故降低Ms。 合金元素的影响也要 考虑对T0的影响和对 奥氏体的强化作用
板条状马氏体
板条的亚结构为位错，又称为位错马氏体。每个板条的尺寸 约为0.5×5.0×20μm。由大致平行的板条马氏体束组成的较 大区域称为板条群。其中相同位相的板条称为同位向束。一 个奥氏体晶粒内可以包含几个板条群。
片状马氏体
透镜马氏体。金相磨面上呈针状，又称针状马氏体。 亚结构为孪晶，又称为孪晶马氏体。 第一片马氏体贯穿晶粒，越后形成的马氏体越小。 马氏体片中间部分为孪晶，边缘部分为位错。Ms越低，孪晶 比例越大。
如ZrO2基陶瓷的同素异型转变：正方结构（t相）与单斜 结构（m相）的转变。
板条状马氏体
片状马氏体
马氏体晶体结构
过饱和α-固溶体。体 心正方结构，奥氏体 中C全部保留在马氏 体点阵中（无扩散）。 随C含量增加，马氏 体点阵常数c增加，a 减小，正方度c/a增 加。
C原子在马氏体点阵中的位置及分布