3马氏体转变(一)

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近年来，由于实验技术的进一步发展， 使人们对马氏体的结构以及马转变的 特征又有了进一步的了解，对许多现 象的认识也有了很大的进步，并因此 而推动了热处理新工艺及新材料的发 展， 其中最为脍炙人口 的是在热弹性马氏 体基础上发展起来 的形状记忆合金。
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总之，一个世纪的马氏体及马氏体相变的研究
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二.片状马氏体
在中、高碳(合金)钢及Fe—Ni(大于29％)合金 中形成的一种典型的马氏体组织。 对碳钢来说，一般当碳含量小于1.0％时是与板 条状马氏体共存，而大于1.0％时才单独存在。
高碳钢中典型的片状马氏体组织
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二.片状马氏体
相邻的马氏体片一般互不平行，而是呈一定的 交角排列。它的空间形态呈双凸透镜片状，故 简称为片状马氏体。由于它与试样磨面相截而 往往呈现为针状或竹叶状，故也称为针状或竹 叶状马氏体。 又由于这种马氏体 的亚结构主要为孪 晶，故还有孪晶马 氏体之称。
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惯习面 ｛557｝γ ｛557｝γ 、 ｛225｝γ ｛225｝γ ｛225｝γ 、 ｛259｝γ ｛259｝γ ｛111｝γ ｛225｝γ ｛111｝γ
亚结构 位错 位错及孪晶 位错及孪晶 孪晶、位错 孪晶、位错 层错 位错及孪晶 层错
组织形态 板条状 板条状及片状 板条状及片状 片状、凸透镜状 凸透镜状 ---板条状及片状 薄片状
第3章 马氏体转变
1.掌握马氏体相变的基本特征； 2.马氏体的组织形貌，物理实质及其 机械性能； 3.了解一些马氏体相变切变机制的有 关学说和模型。
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序言 我国早在战国时代已进行钢的淬火。出土西汉 墓刘胜剑具有淬火马氏体组织。但是当时，只 有技术，没有科学。
到19世纪中叶，索拜（Sorby）首先用金相显 微镜观察到淬火钢中的这种硬相。1895年法国 人Osmond将其以马滕斯 (Adolf Martens)命名 为马氏体（Martensite）。 1926-1927年Γ.Β.库尔久莫夫等用X-射线技术测 得钢中马氏体为体心正方结构。并认为马氏体 是碳在a —Fe中的过饱和固溶体。
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2.2马氏体相变的无扩散性
马氏体相变的无扩散性试验依据为：
1）马氏体相变无成分变化，仅仅是晶格改 组。 2）马氏体相变可以在相当低的温度下进行， 而且转变速度极快。例如，Fe-Ni合金，在 －196℃，一片马氏体的形成约需5×10－5～ 5×10 －7 秒。在如此低的温度下，转变速度 极快，说明不可能以扩散方式进行转变。
马氏体沉淀硬化不 bcc(α /) 锈钢 高锰钢, hcp(ε / ) Fe-Mn(13~25%Mn)
板条状和片状马氏体，还有蝶状、薄板状 及e (六方)马氏体。
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一.板条状马氏体
低、中碳钢及马氏体时效钢、不锈钢、 Fe—Ni合金中形成。 每个单元的形状是窄而细长的板条，并 且许多板条总是成群地、相互平行地连 在一起，故称为板条状马氏体，也有群 集状马氏体之称。
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处于a – Fe点阵八面体空隙位置的碳原子，与 水平方向相邻铁原子的距离为0.707a(a为点阵 常数)，与垂直方向上相邻铁原子的距离仅为 0.5a。
因此，必然有使点阵向垂直方向膨胀和向水平 方向收缩的趋势，结果便造成立方体的c轴伸 长，a轴缩短而成为体心正方点阵。c/a称为正 方度或轴比。
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2.3有一定位向关系和惯习面
2.3.1位向关系
新相和母相界面始终保持着切变共格。 因此，相变完成后，两相之间的位向关 系仍然保持着。 位向关系有：如K-S关系、G-T关系、西 山关系等。
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（1）K-S关系
{011}a ' {111}g ; 111 a ' 011 g
马氏体的正方度取决于其碳含量，即马氏体碳 含量愈高，其点阵中被充填的碳原子数量愈多， 则正方度便愈大。
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c a0 a
a a0 — 马氏体的碳含量(重量百分数)； c a 1 g a0 — a Fe的点阵常数(0.2861 nm)；
a , , g — 常数：a 0.116 0.002， 0.013 0.002，g 0.046 0.001
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一.板条状马氏体
亚结构主要是高密度位错(约0.3~0.9×1012cm-2)， 故也称位错马氏体。 板条状马氏体与奥氏体的晶体学取向关系符合 K—S关系，惯习面为{111}g，不锈钢中这种马 氏体的惯习面为{225}g。
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一.板条状马氏体
(a)
(b)
用不同腐蚀剂显示的板条状马氏体组织 (a)Fe-23.8Ni合金(硝酸酒精腐蚀)； (b)Fe-24.5Ni合金(先用硝酸酒精腐蚀，再用 NaHSO3水溶液腐蚀)
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马氏体相变的主要特征如下：
(1)表面浮凸现象和切变共格性无需扩散性； (2)马氏体相变的无扩散性；即无论间隙原 子还是替换原子均不需要扩散，即能完成 相变
(3)新相与母相具有一定的晶体学关系（取 向关系和惯习面）；
(4)马氏体转变的非恒温性和不完全性。 (5)马氏体转变的可逆性
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20世纪20年代以来，马氏体相变是金属学最活 跃的研究领域之一。发现不仅钢中存在马氏体 相变，而且在有色金属及合金，陶瓷材料中都 可发生马氏体相变。 1930年，Γ.Β.库尔久莫夫和G.萨克斯(Sacks)首 先测得Fe-C合金马氏体与母相奥氏体保持一定 的晶体学位向关系，即K-S关系。 1933年，R．E．迈尔(Mehl)测得在中、高碳钢 中马氏体在奥氏体的{225}g 晶面上形成,并将其 称为惯习面。 1934年,西山测得Fe-Ni合金马氏体相变时存在 一定的位向关系，并称为西山关系。
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（3）G-T关系
{011}a ' {111}g 差1 ; 111 a ' 011 g 差2

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2.3.2惯习面 马氏体转变时，新相和母相保持一定位 向关系，马氏体在母相的一定晶面上开 始形成，此晶面称为惯习面。通常以母 相的晶面指数表示。 钢中马氏体的惯习面随着含碳量和形成 温度不同而异，有：(111)g, (225) g, (259)g 。
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{111}g晶面族中每个晶面上马 氏体可能有6种不同的取向， {111}晶面族可能有4种晶面， 故马氏体在奥氏体中总共可 能有24种取向。
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（2）西山关系(N-W)
{011}a ' {111}g ; 011 a ' 211 g
{111}g晶面族中每个晶面上，马氏体可能有3种不同的 取向， 故马氏体在奥氏体中总共可能有12种取向。
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§3-1 马氏体相变的特征 及定义
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1.马氏体的晶体结构
由于马氏体是由奥氏体直接转变而来的， 故马氏体与奥氏体的成分(碳含量)完全相 同。 Fe-C合金的马氏体是碳在a -Fe中的过饱 和固熔体，通常以符号a ’或M来表示。
a - Fe是体心立方点阵，其熔碳量极少 (仅为0.01~0.02％)。当发生马氏体转变时， 奥氏体中的碳量即全部保留在马氏体点 阵中。
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图为马氏体的晶胞模型。(a)图表明，碳原子在 点阵中分布的可能位置是a - Fe体心立方晶胞 的各棱边的中央和面心处，这些位置实际上是 由铁原子组成的扁八面体的空隙。
奥氏体中最大碳含量的重量百分数为2%，其原子百分 数为9%，10个铁原子中约有1个碳原子，5~6个晶胞分 摊1个碳原子 内蒙古工业大学
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新概念：
1 马氏体相变： 原子经无需扩散的切变位移，进行不变 平面应变的晶格改组的相变，称为马氏 体相变。 2 马氏体： GB7273-1999：钢铁或非铁合金中通过 无扩散切变共格型转变（马氏体相变） 形成的产物统称为马氏体。
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§3-2 马氏体的形貌及物 理本质
钢的化学 成分和热 处理条件
显著 影响
马氏体的组织 形态、内部结 构和显微裂纹 形成倾向
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钢中马氏体物理本质的复杂性
钢种及成分（wt%） 晶体结构 低碳钢,<0.2%C 体心立方 中碳钢,0.2~0.6%C 高碳钢,0.6~1.0%C 高碳钢,1.0~1.4%C 超高碳钢,≥1.5%C 18-8 不锈钢 体心正方 体心正方 体心正方 体心正方 hcp(ε )
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2.5马氏体转变的可逆性
在某些铁或非铁合金(如Fe—Ni、Ag—Cd、 Ni—Ti等)中，奥氏体或母相→冷却→马氏体， 而马氏体→重新加热→奥氏体或母相。这就是 马氏体转变的可逆性。 这种逆转变的开始温度称为As点，终止温度称 为Af点，通常，As点温度比Ms为高。 对钢来说，马氏体被加热时在温度尚未到达As 点的过程中即已发生分解(回火) 。只有在采取 极快速的加热，使之来不及分解的情况下才会 发生逆转变。
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2.3.2惯习面
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碳含量小 于0.6%时
碳含量在 0.6%~1.4% 时
碳含量在 1.5%~1.8% 时
(111)g
(225) g
(259) g
随马氏体形成温度的下降，惯习面有向高指数变化的 趋势。由于惯习面的不同，将会带来马氏体组织形态 上的变异。
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2.4马氏体上式所 示的关系对许多合 金钢也适用，并可 通过测定c/a来确定 马氏体的碳含量．
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2. 马氏体相变的基本特征
2.1表面浮凸现象和切变共格性