钢中马氏体相变3学时
钢的马氏体相变
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西 安 航 空 技 术 高 等 专 科 学 校 学 报
出 ， 原 子 不 必 交 换 位 置 就 进 行 了 ｒ ｅ面 心 品 格 铁 —Ｆ
积 膨 胀 ， 那 些 还 没 有 转 变 的 奥 氏 体 产 生 了多 向 压 对 应 力 ， 而 阻 碍 了奥 氏体 向马 氏体 继 续 转 变 。 因 此 ， 从 马 氏体 相 变 是 不 完 全 的 ， 有 残 余 奥 氏体 存 在 。 总
图 ｌ 马 氏体 晶格 结构
变 可 以 在 一１ ６ ９＂ Ｃ～ 一２ ６ 低 温 下 进 行 ， 样 低 的 ９℃ 这 温度 原 子 扩 散 极 困 难 ， 以 相 变 不 可 能 以 扩 散 方 式 所 进行 ， 此马氏体 相变过 程 中 ， 子有 规则 移动 ， 因 原 原 来 相邻 的 原 子 相 变 以后 仍 然 相 邻 ， 子 不 发 生 扩 散 原 就 可 以发 生 马 氏体 相 变 。 马 氏 体 的实 质 就 是 ： 被 碳
迫 留在 晶 格 中 成 为 碳 在 ａ ｅ中 的 过 饱 和 固溶 体 。 —Ｆ
马 氏体 晶 体 结 构 如 图 ｌ所 示 。 氏 体 由 于 碳 的 过 饱 马 和 ， 种 过饱 和 程 度 是 随 溶 碳 量 而 变 化 的 ， 这 当碳 的 质 量 分数 ＞０．５ ２ ％时 ， 氏 体 晶格 ｃ ａ值 大 于 ｌ 成 了 马 ／ ， 体 心 正 方 晶 格 ，／ ｃ ａ值 为 马 氏 体 的 正 方 度 ； 有 碳 的 只 质量 分 数 ＜０．５ 时 。 是 体 心 立 方 晶 格 。 同 时 由 ２％ 才
为 了 纪 念 著 名 的 德 国 冶 金 学 家 Ａｄ ｌｈ ｏｐ Ｍａｔｎ ， 国著 名 冶 金 学 家 Ｏｓ ｎ ｒｅ ｓ 法 ｍｏ ｄ建 议 将 碳 钢 经 淬 火所 得 到 的 高 硬 度 相 称 为 马 氏 体 ， 因 此 而 将 得 并 到 马 氏 体 的 相 变 过 程 称 为 马 氏 体 相 变 ， 广 义 的 马 但
第四章 马氏体相变
第四章 马氏体相变随着科学技术的发展和人们对材料性能的要求越来越高，材料相变的研究也成为了一个热门的领域。
其中，固态相变是最为基础和广泛的相变形式之一。
在这其中，马氏体相变是一个相对特殊和有意义的相变过程。
一、马氏体相变的定义和分类马氏体相变，是指在含碳钢中，当钢经过一定的热处理过程后，在室温下形成一种具有变形性能的组织结构。
其核心原理是在高温下形成一种奥氏体，然后通过快速冷却过程，在室温下形成一种具有弹性、变形及塑性的马氏体组织结构。
根据马氏体相变的不同起始组织结构，其可以分为两种类型：一类是由完全奥氏体组成的马氏体相变，另一类是由贝氏体（以及在贝氏体上产生马氏体）组成的马氏体相变。
1.完全奥氏体马氏体相变当钢经过高温处理后，在其细小的晶粒中，完全转化为奥氏体组织。
通过钢的快速冷却 （通常在水、油、盐水等介质中进行），奥氏体中的部分碳原子被固溶，在马氏体的组织中重新排列，最终形成一种具有高强度和塑性的马氏体组织结构。
这种马氏体相变过程，称为完全奥氏体马氏体相变。
2.贝氏体马氏体相变贝氏体正常情况下是由冷却慢、回火温度低的钢中形成的。
它是由一种由铁与铁素体间化合物构成的细小晶粒组成的组织，这种组织强度比较低，韧性高，且具有较高的弹性变形和形变能力。
当这种钢经过高温处理后，由于组织发生了相变，大量贝氏体消失，而代替它的则是奥氏体组织。
这样在快速冷却的过程中，就会在奥氏体中形成一定数量的针状马氏体组织结构。
二、马氏体相变的影响因素马氏体相变的过程涉及到多个变量和影响因素，其中最重要的一些因素包括：1.冷却速度作为一种固态相变过程，马氏体相变的核心就是快速冷却过程。
通常来说，冷却速度越快，产生的马氏体组织也就越细小，强度也就越高。
2.合金元素含量合金元素在钢制造中有着重要的作用。
它们可以调节钢的合金成分和钢的性能，使钢的性能得到提升。
其中，加入Cr、Ni、Mn等元素可以有效地提高马氏体相变的开始和结束温度，这有利于得到良好的马氏体组织结构。
不锈钢的马氏体相变
不锈钢的马氏体相变不锈钢是一种在各种环境条件下都具有高度耐腐蚀性的合金。
其名称源于其成分中含有的高比例铬元素，这有助于防止材料在暴露于氧气和其他腐蚀性物质时发生氧化。
不锈钢根据其微观结构，可以分为不同的类型，其中最常见的是奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢。
马氏体相变是金属材料的一种重要现象，尤其是不锈钢。
在本文中，我们将深入探讨不锈钢中的马氏体相变，包括其定义、影响因素以及与不锈钢性能的关系。
一、马氏体相变的定义马氏体相变是一种固态相变过程，发生在铁基合金中，特别是在不锈钢中。
当温度降低时，奥氏体不锈钢会通过马氏体相变转变成一种硬且脆的同素异形体，称为马氏体。
这种转变是热力学上的自发过程，通常伴随着体积的膨胀和磁性的改变。
二、马氏体相变的影响因素1. 温度：马氏体相变通常在特定的温度以下发生。
对于大多数不锈钢，这个温度大约在200°C至300°C之间。
2. 合金成分：不同类型的不锈钢具有不同的马氏体相变温度。
这主要取决于其合金成分，特别是碳和其他合金元素的比例。
3. 应力和应变：应力和应变状态也会影响马氏体相变。
例如，淬火可以提高材料的硬度，这是由于马氏体相变和随后的组织结构变化。
三、马氏体相变与不锈钢性能的关系马氏体相变对不锈钢的性能有重要影响，主要包括以下几个方面：1. 机械性能：马氏体相变会导致不锈钢的硬度增加，从而提高其耐磨性和耐腐蚀性。
然而，这也可能导致材料变脆，特别是在较低温度下进行淬火处理时。
2. 耐腐蚀性：马氏体相变对不锈钢的耐腐蚀性有双重影响。
一方面，由于硬度增加，材料更难以被腐蚀；另一方面，淬火处理可能会在材料表面形成微裂纹，从而降低耐腐蚀性。
3. 磁性和热性能：马氏体相变还影响不锈钢的磁性和热性能。
例如，某些类型的马氏体不锈钢具有高磁导率，这在某些应用中是有利的。
此外，马氏体相变也影响不锈钢的热导率和热膨胀系数。
四、不锈钢中马氏体的应用场景由于马氏体相变对不锈钢的性能有显著影响，这种相变在许多应用场景中都得到了利用。
马氏体相变的基本特征
马氏体相变的基本特征一、马氏体相变的概念及基本过程马氏体相变是指在一定条件下，由奥氏体向马氏体的转变。
奥氏体是指碳钢中的一种组织结构，具有良好的塑性和韧性，但强度和硬度较低；而马氏体则是碳钢中另一种组织结构，具有较高的强度和硬度，但韧性较差。
因此，在特定情况下将奥氏体转变为马氏体可以提高材料的强度和硬度。
马氏体相变的基本过程包括两个阶段：淬火和回火。
淬火是指将钢件加热至适宜温度后迅速冷却至室温，使其形成完全马氏体组织；回火是指将淬火后的钢件加热至适宜温度后进行恒温保持一段时间，然后缓慢冷却至室温，使其形成具有良好韧性和适当硬度的马氏体-贝氏体组织。
二、影响马氏体相变的因素1. 淬火介质淬火介质的选择对马氏体相变的影响非常大。
常用的淬火介质包括水、油和空气等。
水冷却速度最快，可以使钢件形成完全马氏体组织，但易产生变形和裂纹；油冷却速度较慢，可以降低变形和裂纹的风险，但易产生不完全马氏体组织；空气冷却速度最慢，可以避免变形和裂纹，但难以形成马氏体组织。
2. 淬火温度淬火温度是指将钢件加热至何种温度后进行淬火。
淬火温度越高，钢件中残留奥氏体的含量越高，从而影响马氏体相变的程度。
一般来说，淬火温度越低，马氏体相变越充分。
3. 回火温度回火温度是指将淬火后的钢件加热至何种温度进行回火处理。
回火温度对马氏体-贝氏体组织的形成有重要影响。
过高或过低的回火温度都会导致组织不均匀或性能下降。
4. 淬火时间淬火时间是指将钢件放入淬火介质中的时间。
淬火时间越长，相变程度越充分，但也容易产生变形和裂纹。
三、马氏体相变的应用马氏体相变广泛应用于制造高强度、高硬度的零部件。
例如汽车发动机凸轮轴、齿轮、摇臂等零部件，以及航空航天领域中的发动机叶片、转子等部件均采用了马氏体相变技术。
此外，马氏体相变还可以用于制造刀具、弹簧等产品。
总之，马氏体相变是一种重要的金属加工技术，在提高材料强度和硬度方面具有重要作用。
了解其基本特征和影响因素有助于更好地掌握该技术，并在实践中取得更好的效果。
马氏体相变介绍
马氏体相变介绍马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中发觉的：将钢加热到必然温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），取得的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。
1895年法国人奥斯蒙（F.Osmond）为纪念德国冶金学家马滕斯（A.Martens），把这种组织命名为马氏体(Martensite)。
人们最先只把钢中由奥氏体转变成马氏体的相变称为马氏体相变。
20世纪以来，对钢中马氏体相变的特点积存了较多的知识，又接踵发此刻某些纯金属和合金中也具有马氏体相变,如:Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。
目前普遍地把大体特点属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体（见固态相变）。
相变特点和机制：马氏体相变具有热效应和体积效应，相变进程是形核和长大的进程。
但核心如何形成，又如何长大，目前尚无完整的模型。
马氏体长大速度一样较大，有的乃至高达105cm·s-1。
人们推想母相中的晶体缺点（如位错）的组态对马氏体形核具有阻碍，但目前实验技术还无法观看到相界面上位错的组态，因此对马氏体相变的进程，尚不能窥其全貌。
其特点可归纳如下：马氏体相变是无扩散相变之一，相变时没有穿越界面的原子无规行走或顺序跳跃，因此新相（马氏体）承袭了母相的化学成份、原子序态和晶体缺点。
马氏体相变时原子有规那么地维持其相邻原子间的相对关系进行位移,这种位移是切变式的（图1）。
原子位移的结果产生点阵应变(或形变)（图2）。
这种切变位移不但使母相点阵结构改变，而且产生宏观的形状改变。
将一个抛光试样的表面先划上一条直线，如图3a中的PQRS，假设试样中一部份(A1B1C1D1-A2B2C2D2)发生马氏体相变(形成马氏体),那么PQRS直线就折成PQ、QR'及R'S'三段相连的直线,两相界面的平面A1B1C1D1及A2B2C2D2维持无应变、不转动，称惯习（析）面。
第5章 马氏体相变讲解
? 主要内容：马氏体相变的主要特征； 马氏体的组织结构及其力学性能； 马氏体相变的热力学、动力学；
? 重点内容：影பைடு நூலகம் Ms点的因素、马氏体相变动力学、 马氏体的组织结构、力学性能
前言
? 马氏体（ M, M artensite ）相变特点： 相变过程中，晶体点阵的重组是通过基体原子的集 体有规律 近程 迁移—— 切变， 由一种晶体结构 转 变为另一种晶体结构，而 没有 原子长距离的迁移， 且新相与母相保持 共格关系。
? 形成条件：淬火。
? 淬火：将钢加热到 Ac3 或Ac1以上，保温后以大于 临界 冷却速度 的速度冷却，以获得马氏体或下贝氏体的热 处理工艺。
? 马氏体转变的临界冷却速度：抑制所有非马氏体转变 的最小冷却速度。
? 马氏体的力学性能：高硬度、高强度。
?C<0.3% 时为板条状马氏体； ?C在0.3%~1.0% 时为板条状马氏体和片状马氏体的 混合组织。
? 钢中M相变：钢经奥氏体化后 快速冷却，抑制其扩 散型分解，在较低温度下发生的 无扩散型相变。
? 在纯金属（ Zr,Li,Co ），合金（ Fe-Ni,Ni-Ti,Cu-Zn ）,陶瓷 （ZrO 2）中也有M转变。
? 钢中马氏体： C原子在? -Fe中形成的过饱和固溶体。
? 马氏体定义：凡相变的基本特性属于马氏体型的转变 产物都称为马氏体。
金属及合金的高温相均可发生 M相变。
三、有一定的位向关系和惯习面
? 马氏体相变时，新相和母相界面始终保持着切变 共格，相变后两相之间的 位向关系仍然保持；
? K—S关系： 1.4%C 钢中马氏体和奥氏体之间的 位向关系， {111}?//{110}? ' ， 〈110〉?//〈111〉? '
马氏体转变及其应用
马氏体转变概述摘要：钢经奥氏体化后快速冷却，抑制其扩散性分解，在较低的温度下发生的无扩散型相变为马氏体转变。
马氏体转变是钢件热处理强化的主要手段。
因此，马氏体转变的理论研究与热处理生产实践有着十分密切的关系。
本文简略介绍了碳钢中的马氏体转变的定义、机理、研究过程、和技术运用情况[1]。
1 马氏体转变的特点及定义1.1 马氏体相变是无扩散型相变因为相变前后化学成分不变，新相(马氏体)和母相(奥氏体)碳的质量分数相同，只是晶格结构由面心立方晶格转变成了体心立方晶格而且马氏体相变可以在-196℃到-296℃低温下进行，这样低的温度原子扩散极困难，所以相变不可能以扩散方式进行，因此马氏体相变过程中，原子有规则移动，原来相邻的原子相变以后仍然相邻，原子不发生扩散就可以发生马氏体相变[2]。
1.2 切变共格和表面浮凸现象人们早就发现，在高碳钢样品中产生马氏体转变之后，在其磨光的表面上出现倾动，形成表面浮凸。
这个现象说明转变和母相的宏观切变有着密切关系。
马氏体形成是以切变的方式实现的，同时马氏体和奥氏体之间界面上的原子是共有的，既属于马氏体，又属于奥氏体，而且整个相界面是互相牵制的，这种界面称为“切变共格”界面[3]。
1.3 马氏体转变是在一个温度范围内形成就马氏体相变而言，不但在快冷的变温过程中有马氏体相变，而且在等温过程中，也有等温马氏体产生，如Fe - Ni26 - Cu3 合金所能发生等温马氏体相变，但钢的马氏体相变是在一个温度范围内形成的[4]。
当奥氏体被冷却到Ms点以下任一温度时，不需经过孕育，转变立即开始，转变速度极快，但转变很快就停止了，不能进行到终了，为了使转变继续进行，必须降低温度，也就是说马氏体是在不断降温条件下才能形成。
这是因为在高温下母相奥氏体中某些与晶体缺陷有关的有利位置，通过能量起伏和结构起伏，预先形成了具有马氏体结构的微区。
这些微区随温度降低而被冻结到低温，在这些微区里存在一些粒子，这些粒子在没有成为可以长大成马氏体的晶核以前我们叫它核胚。
钢中的回火转变之马氏体的分解课件
马氏体的结构特点
总结词
马氏体的结构特点是具有高密度位错和孪晶，这些结构特征使得马氏体具有较 高的硬度和强度。
详细描述
马氏体的晶体结构中，存在大量的位错和孪晶，这些结构缺陷使得马氏体具有 较高的硬度和强度。同时，马氏体的碳原子在晶体结构中以一种特殊的方式排 列，使得马氏体具有较好的耐磨性和耐腐蚀性。
研究背景和意义
随着工业技术的发展，对钢的性能要 求越来越高，马氏体分解的研究对于 提高钢的性能具有重要意义。
目前，关于马氏体分解的研究尚不够 深入，因此开展相关研究具有重要的 理论和实践意义。
02
马氏体的基本特性
马氏体的定义
总结词
马氏体是钢在冷却过程中形成的具有 特定晶体结构的相变产物。
详细描述
合金元素
合金元素对回火转变的影响也很大。 一些合金元素可以改变原子扩散速 度和马氏体的稳定性，从而影响回 火转变的过程和结果。
04
马氏体的分解过程
马氏体分解的定义
马氏体分解是指钢在回火过程中，马氏体结构发生改变的 现象。
马氏体分解是钢回火过程中的一个重要阶段，它决定了钢 的力学性能和显微组织。
马氏体分解的原理
马氏体分解过程中伴随着晶体 结构和化学成分的变化，这些
变化会影响钢的性能。
通过控制回火工艺，可以实现 对钢的性能的精细调控，以满
足不同应用场景的需求。
研究展望
01
深入探究马氏体分解的 微观机制和晶体学原理， 为钢的性能优化提供理 论支持。
02
开展新型钢种的开发和 研究，拓展其在航空航 天、汽车、能源等领域 的应用。
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.
相关书籍推荐
马氏体相变的名词解释
马氏体相变的名词解释马氏体相变是固态材料在经历加热后，发生固态相变形成马氏体的一种自发性相变过程。
这个过程是由于固态材料中的结构发生了变化，从而导致其宏观性质发生显著改变。
马氏体相变是一种重要的材料科学研究领域，具有广泛的应用价值，特别是在材料加工、制造以及机械、电子等领域。
马氏体是一种具有特殊晶体结构的金属或合金相。
通过马氏体相变，材料的原子排列发生变化，从立方晶系转变为正交晶系，这种转变导致了材料在微观尺度上的形变。
马氏体相变在材料中的应用包括增加材料的硬度、降低材料的延展性、改变材料的导电性等。
马氏体相变过程可以通过控制材料的组成、冷却速率以及外加应变等手段来实现。
根据不同的材料组成和处理方式，马氏体相变可以分为多种类型，如亚稳的马氏体相变、稳定的马氏体相变等。
亚稳的马氏体相变具有可逆性，即可以通过加热使马氏体再次转变为原有的相，而稳定的马氏体相变则是不可逆的，材料无法通过加热来回复到原有的相。
马氏体相变的研究在金属、合金和陶瓷等材料中广泛进行。
研究者们通过实验和理论模拟等方法，探索材料的晶体结构和其相变机制。
他们研究材料的组成、热处理条件以及外部应力对马氏体相变的影响，并尝试开发新的材料设计和加工方法来改变马氏体相变的性质。
在材料科学领域，马氏体相变被广泛应用于制造高强度材料、形状记忆合金和超弹性材料等。
高强度材料通过马氏体相变提高了材料的硬度和强度，在制造领域具有重要的应用价值。
形状记忆合金则是一种具有记忆效应的特殊合金材料，可以通过马氏体相变来实现形状的记忆和恢复。
超弹性材料具有很高的弹性形变能力，可以通过马氏体相变来实现材料的超大形变。
总结来说，马氏体相变是固态材料在加热过程中发生的一种自发性相变，其通过改变材料的晶体结构和原子排列来实现材料性能的改变。
马氏体相变对于材料科学的发展具有重要的意义，它在材料制造、加工以及电子等领域的应用也呈现出广阔的前景。
研究者们将继续在这一领域进行深入研究，以推动材料科学的发展和创新。
第六章-钢的热处理原理与马氏体相变强化上 85页PPT文档
珠
显微镜下观察才能分辨出铁素体和渗碳体层 片状组织。
光
体 屈氏体——片间距约为80~30nm，形成于
600~550℃范围内，在光学显微镜下已经很 难分辨出铁素体和渗碳体层片状组织。
片状珠光体性能
珠光体团直径及片间距对共析钢强度的影响
珠光体团直径及片间距对共析钢塑性的影响
共析钢强度和韧性随形成温度的变化关系
3）影响TTT曲线的因素
a．含碳量的影响
对于亚共析钢和过共析钢，过冷奥氏体转变开始线前多一条先共析相析
出线。
亚共析钢过冷奥氏体等温转变曲线中的F-P转变部分随着A中含C量增加
逐渐右移；而过共析钢中的Fe3C-P转变部分则随A中含C量的增加而逐渐 左移。
随着过冷A中碳含量增加，B转变右移，Ms和Mf降低。
4. 晶界强化。原奥氏体晶粒大小及板条马氏体束大小的影响。
5.1.4 钢的马氏体转变
6. 马氏体转变的特点
1）马氏体转变条件 过冷奥氏体的冷却速度必须大于上临界冷却速度Vk; 奥氏体必须深度过冷（温度低于Ms点）;
2）马氏体转变为无扩散型相变 马氏体转变过程中Fe的晶格由面心立方向体心立方变化是通过 切变方式完成的，转变速度极快，切变过程中M与A保持共格
Ac1— 加热时珠光体向奥氏体 开始转变温度
Ar1— 冷却时奥氏体向珠光体 开始转变温度
Ac3— 加热时先共析铁素体全 部溶入奥氏体的终了温度
Ar3— 冷却时奥氏体开始析出 先共析铁素体的温度
Accm— 加热时Fe3CII全部溶入 奥氏体的终了温度
Arcm— 冷却时奥氏体开始析出 Fe3CII的温度
4.奥氏体的形成速度及影响因素
1）加热温度的影响
a．加热温度T升高，促进扩散过程，A形成速度增加； b．加热温度T升高，P和A两相自由能差变大，相变驱动 力增加，A形核率和长大速度都急剧增加。
钢的热处理-马氏体转变
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。
这种因形变而促生的马氏体又称为应力诱发 马氏体，或加工诱发马氏体。
Md点：塑性变形能促生马氏体的最高温度，高于Md 点，则在变形温度下只能使奥氏体发生变形，不 形成马氏体。
注意： Md点以下的塑性变形对随后冷却时发生的马 氏体转变有抑制作用。
2. Md点以上塑性变形的影响
（1）对具有变温型马氏体转变的钢，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。变形温度越高，此作用越大。但总体来说， 变形对Ms点和马氏体量的影响并不十分明显。
钢的热处理
－钢的马氏体转变
研究马氏体转变的重要性
冷却速度足够大 时，奥氏体分解 为珠光体或贝氏 体的过程完全被 阻止，过冷奥氏 体一直被冷却到 Ms以下转变为马 氏体－淬火。
马氏体相变
马氏体原先只是指钢加热到奥氏体 区淬火后得到的组织。由奥氏体向马氏 体转变的过程叫做马氏体转变。
马氏体相变的基本特征
马氏体相变的基本特征1、无扩散性▪马氏体相变是低温相变，有些高合金钢的转变温度在0℃以下甚至还要低得多。
在这样低的温度下，原子不可能扩散，其有利证据是：▪①马氏体的含碳量与奥氏体的含碳量相同；▪②有些马氏体的有序结构与母相的有序结构相同；▪③有些合金在非常低的温度下发生马氏体相变时，其形成速度仍然很快，如在Fe-C、Fe-Ni合金中，在－20～－195℃范围内，一片马氏体的形成时间约为0.05-0.5μs。
▪上述事实说明，在如此低的温度下以单个原子跳动进行的扩散来达到如此高的形成速度是不可能的，因此无扩散性是马氏体相变的基本特征。
▪尽管有些实验证实，低碳马氏体相变由于形成温度较高，尺寸较小的碳原子可以进行微量的短程扩散，但这并不是相变的控制因素。
▪事实上，马氏体相变是通过切变方式进行的，相界面处的母相原子协同地集体迁移到马氏体中去，迁移距离不超过一个原子间距，这一点与扩散型相变明显不同。
2、表面浮凸和共格切变性马氏体相变时，除了均匀的体积变化外（钢中马氏体相变大约产生3～4%的体积应变），在转变区域中还会产生点阵畸变，在经过抛光的样品，表面上出现晶面的倾动，并使周围基体产生变形，这种现象称为表面浮凸，如图。
如果在抛光表面上预先画上一条直线刻痕，马氏体相变后，直线刻痕在相界面处出现转折，形成了折线。
▪上述事实说明，马氏体相变是通过均匀切变方式进行的（严格地说应该为拟切变，因为除了切应变，还伴随有少量的正应变），刻痕在表面并未断开，而呈连续的折线，表明相界面没有发生转动，在相变中始终保持为平面。
▪由于这些晶体学特征，在相界面上的原子始终为两相所共有，故马氏体与母相之间的界面为共格界面。
3、不变平面——惯习面▪马氏体总是在母相的一定晶面上形成，并且沿一定的晶向生长，这个晶面和晶向分别称为马氏体的惯习面和惯习方向。
▪马氏体的惯习面是马氏体与母相间的界面，也就是马氏体形成时的切动面，此面在生长过程中既不畸变也不转动，这样的平面称为不变平面，因此马氏体的惯习面为不变平面。
马氏体相变实验报告
马氏体相变实验报告本实验旨在通过探究钢材的马氏体相变过程，了解钢材的组织结构和性能，以及探讨影响马氏体相变的因素。
实验过程中，我们选用了不同的钢材样品，通过淬火和回火的方式进行处理，然后进行金相显微镜观察和硬度测试。
通过实验数据的分析，我们得出了一些结论：钢材的组织结构和性能与马氏体相变的程度密切相关，加热温度和保温时间对马氏体相变有重要影响，淬火和回火处理可以改善钢材的性能。
关键词：马氏体相变；钢材；组织结构；性能；淬火；回火引言钢材作为一种重要的材料，在工业生产和生活中得到了广泛的应用。
钢材的性能和组织结构与其制备过程密切相关。
其中，马氏体相变是钢材制备过程中的关键步骤之一。
马氏体相变是指钢材在经过淬火处理后，从奥氏体相结构转变为马氏体相结构的过程。
马氏体相结构具有高硬度、高强度和良好的耐磨性等优良性能，因此在制造高强度钢材、切削工具和弹簧等方面有着广泛的应用。
本实验旨在通过探究钢材的马氏体相变过程，了解钢材的组织结构和性能，以及探讨影响马氏体相变的因素。
实验过程中，我们选用了不同的钢材样品，通过淬火和回火的方式进行处理，然后进行金相显微镜观察和硬度测试。
通过实验数据的分析，我们得出了一些结论，并为钢材制备工艺提供了一定的参考意见。
实验方法1. 实验材料本实验选用了三种不同的钢材样品，分别为45钢、20CrMo钢和65Mn钢。
2. 实验步骤(1) 样品制备将不同的钢材样品切割成大小相同的试样，然后进行打磨和抛光，使其表面光滑均匀。
(2) 淬火处理将试样放入淬火炉中进行加热，加热温度根据不同的钢材样品选择不同的温度。
在加热到一定温度后，将试样迅速放入水中进行淬火处理。
淬火处理后，将试样取出进行观察和测试。
(3) 回火处理将淬火后的试样放入回火炉中进行加热，加热温度和保温时间根据不同的钢材样品选择不同的参数。
回火处理后，将试样取出进行观察和测试。
(4) 金相显微镜观察将淬火和回火后的试样进行金相显微镜观察，观察试样的组织结构和相变程度。
概述20钢马氏体相变的意义
概述20钢马氏体相变的意义
20钢马氏体相变是指在一种特殊的钢材中，当它经过加热处理后，在冷却过程中会发生从奥氏体晶格结构向马氏体晶格结构的相变。
这个相变过程具有重要的意义：
1. 提高钢材的硬度和强度：马氏体相是一种具有较高硬度和强度的金属晶体结构。
通过20钢的加热处理和马氏体相变，可以在普通碳钢中形成马氏体组织，从而显著提高钢材的硬度和强度。
这使得20钢在机械工程和结构工程中得到广泛应用，例如制造车轴、机械零部件等。
2. 改善钢材的耐磨性和耐腐蚀性：马氏体相的钢材具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。
通过20钢马氏体相变的加工工艺，可以增加钢材的表面硬度，提高其耐磨性能，这在制造刀具、轴承等需要耐磨性能的领域具有重要应用。
此外，由于马氏体相具有较高的抗腐蚀性，20钢也常用于需要抗腐蚀性能的环境中，比如海洋工程、化工容器等领域。
3. 增加钢材的可塑性：通过适当的热处理工艺，20钢可以通过调控马氏体相变得到一定的可塑性。
这使得20钢在冷冲压成形和塑性成形等加工过程中更容易变形和塑性变形，提高了钢材的可锻性和可塑性，便利了钢材的加工和成形过程。
4. 控制钢材的组织和性能：通过调节20钢的加热和冷却过程以及所用的工艺参数，可以精确控制钢材的相变组织和性能。
这使得20钢可以根据不同的产品要求进行定制化加工，以满足不同领域的需求。
总的来说，20钢马氏体相变的意义在于提高钢材的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，增加可塑性，并可根据需求精确控制钢材的组织和性能，广泛应用于机械工程、结构工程、刀具制造、海洋工程等领域。
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4 4 c 2 2 G cr GV cr A 2r 2 3 3 r
ΔG随r、c变化的曲线很复杂，呈马鞍面形状，是双曲抛物 面。分别求其偏导数，可求得ΔG* ，即：
2 c GV
r
4 A 2 GV
2 3 32 A G 4 3 GV
定 义
特 点
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7、准马氏体相变
准M相变（Quasimartensitic Transformation）和M相 变一样，也是以切变形变为主，但其切变量不大，因此 它的动力学和形态基本上不受应变能所控制。 这种转变也是位移式无扩散相变，位移也是以切变为 主的。和M相变的根本区别是轴比c/a是连续变化的，即 意味着正方结构是从母相连续形成的，不需要形核。
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2 非均匀形核 位错形核: 位错运动产生马氏体核心;界面位错阵列形核; 位错应变能协助转变
层错形核: 位错理论假定, 位错可分解为两组不全位错， 当两组不全位错分离时，它们之间的结构将发生变 化。若母相为面心立方结构时，层错区域为hcp。 层错区域形成的就是hcp马氏体的核心。 Olson和Cohen详细定量地计算了这些位错的运动.
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面心立方结构的密排面是{111}面，不全位错在密排面 上运动，根据Cohen和Olson理论, 可有三种情况： （1）位错原堆垛在每层{111}γ面上， 则不全位错在每一层{111}γ面上运动
（2）若每隔一层{111}γ面上存在位错 堆垛，并分解为不全位错
层错区域 成为孪晶
hcp结构 ε马氏体
例如：超导化合物V3Si 的转变特征。V3Si从高温冷却 到很低温度时，具有立方结构、点阵常数为a的母相会转 变为正方结构相。如图6.4所示，转变临界温度为Tm ， 正方结构的c 增长，而a 则减小。
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6.2 马氏体相变形核 1 均匀形核
分析讨论相变晶核的临界尺寸，一般有两种方法： 经典均匀 形核方法 相变变温 长大理论 设 ΔG=ΔGV+ΔGE+ΔGS → 求ΔG*
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2 能量和形貌的关系
设马氏体为扁球形，半径为r ，厚度为c ，则其体积和表 面积可求得 。采用变温长大理论, 所以，该马氏体片的非化 学自由能变化为：
4 4 2 2 Ac 2 g N 2r cr 2r c r A 3 r 3
2
那么，单位体积马氏体的非化学自由能变化为：
6.1 几个基本概念 1 位移式转变
结构 转 协调移动来进行 的固态相变
相 变 特 点
不需要破坏化学键，相变位垒低 ， 相变速度快。 协调移动有两种方式：均匀点阵形变 （畸变）和原子改组（shuffle）
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2 均匀点阵畸变
定 义 均匀点阵畸变是将一种点阵转变为另一种 点阵的均匀应变，也简称均匀切变 均匀点阵形变会改变结构，产生体积变化 和形状变化，可引起高的应变能. 最简单的就是Bain应变模型
特 点
形状变化有两个分量：切变分量和膨胀分量， 其共同作用使相变产生了整体的宏观变形。 表面浮凸现象就是由于形状变化造成的。
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3 点阵不变形变
原理 最小自由能原理,尽可能↓相变体系的能量
特点
又称不均匀切变。M相变在第一次切变 后，→产生滑移或孪生。滑移留下位错、 层错，孪生形成了共格孪晶界面。
5
无扩散相变
原子不发生随机迁移扩散的相变称为无扩散相变。当然 肯定也是位移式的。无扩散相变重要的结果是使新、旧两 相具有完全相同的成分，并且组织缺陷也遗传。所以从热 力学观点看，无扩散相变可当作单组元系统来处理。
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图 Ti合金中的β→ω相变 (原子改组) 图 SrTiO3分子结构的旋转相变 ○氧原子,●Sr原子,顶角为Ti原子
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6、马氏体相变
M•柯亨定义：M相变是实质上没有扩散的点阵畸 变式的组织转变，它的切变分量和最终形态变化应 足以使转变过程中动力学及形态受应变能控制 位移式、无扩散是两个主要特征。 ① 需要形核和过冷； ② 形成一个不变平面界面。界面移动速率极快， 界面前有许多位错，应变能是很重要的； ③ 新、旧相结构之间具有明显的晶体学关系。 当然这不是根本特征，其它许多相变也都有.
（3）若不全位错在每隔两层{111}γ面 上运动，
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bcc结构 α马氏体
5.2 马氏体相变形态学
1 应变能和界面能的估算
过程都是遵循沿着阻力最小的途径进行的。
当T一定时，ΔGV 是一定值. 应变能ΔGE+界面能ΔGS 最小.
在钢中, 经计算ΔGS = 14.18 J/mol , ΔGE为 > 580 J/mol， ΔGV 大约在 -1213 J/mol 界面能ΔGS远小于 Δ GE
这不改变已形成的点阵结构，也不改变体积，却改 变了应变能 ，使体系的能量↓。对一般马氏体相变， 点阵不变形变是第二次切变
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图 马氏体相变的二次切变过程 a)UJS 母相晶体； b)点阵切变后的晶体；c)二次滑移切变；d) 二次孪生切变 —Dai QX
4
原子改组
原子改组是原子在晶胞内的协调移动，这种移动并不产 生均匀点阵形变的应变。如在Ti合金中的β→ω相变, 某些 原子靠近一点，另一些原子相对远离一点，交替进行。→ 没有总的形状变化， →应变能不重要，界面能稍有变化
G N
g N 3 Ac 2 r 4cr / 3 2c
2 2
(6.10)
A ( n ) A为切变应变能因子, γ是形变的切变分量，εn是形变的膨胀分量。
认为体系到达相变临界温度MS时, 体系 中已存在许多可供相变长大的晶核, 这时在 理论上相变驱动力和相变阻力是相等的.
MS 应满足ΔGV+ΔGE+ΔGS=0 → ΔG*
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两种方法得到的临界晶核尺寸大小是有一定差别的
经典的均匀形核理论: 设马氏体核心呈扁球形，c/r ≪ 1，如图6.6。 形成这片马氏体时，总的自由能变化为：