马氏体转变

二、 马氏体转变的晶体学
1.马氏体的晶体结构
（1）钢中马氏体的本质：

马氏体是碳溶于α-Fe 中的过饱和间隙式固溶体， 记为M或α′。


其中的碳择优分布在 c 轴方向上的八面体间隙位置。
这使得c轴伸长，a轴缩短，晶体结构为体心正方。 其轴比 c/a 称为正方度，马氏体含碳量愈高，正方 度愈大。
第五章
马氏体转变
热处理的定义:热处理是将材料通过特定的加热
和冷却方法获得所需的组织和性能的工艺过程。
温 度
热 加
奥氏体化
保温
临界温度
珠光体转变
冷 却
贝氏体转变
马氏体化
时间
马氏体的定义
（1）马氏体是碳溶于α-Fe中的过饱Leabharlann Baidu间隙式固溶体；
（2）马氏体是在冷却过程中所发生的基本特征属于马氏体型 转变的转变产物。
马氏体等温转变动力学曲线
Fe-23%Ni-3.7%Mn 合金中马氏体等温 转变。过冷奥氏体向马氏体转变、可以 用类似C曲线T-τ等温图来描述。有孕育 期，但等温转变不完全。
二、马氏体转变的切变共格性和表面浮凸现象 （ 1 ） 马氏体转变时在预先磨光的表面上产生有规则的表 面浮凸 ； （ 2 ） 马氏体形成有惯习面，马氏体转变时马氏体与奥氏 体之间保持共格关系 ；
当相界面为不变平面时，界面上原子既属于新相， 又属于母相，这种界面称为共格界面。由于是切 变共格，也称为第二类共格。 不变平面也可以不是相界面，不变平面就为中脊 面。



三、马氏体转变的无扩散性

实验测定出母相与新相成分一致 ； 马氏体形成速度极快，一片马氏体在5×10-55×10-7秒内生成； 碳原子在马氏体和奥氏体中的相对于铁原子保持不变的间隙位置 。
（2）、马氏体的晶体结构类型 马氏体的晶体结构类型有两种：
体心立方结构（WC<0.2%） 体心正方结构（WC>0.2%）
（ a ） C 原子在马 氏体的晶胞中可 能存在的位置； （ b ） C 原子在马 氏体的晶胞中一 组扁八面体间隙 位置可能存在的 情况；
马氏体点阵参数与C含量的关系
2、惯习面与位向关系
（1）惯习面
马氏体转变具有一定的惯习面，即马氏体总是 在母相的某一晶面上首先形成，以平行于惯习面的 母相晶面指数表示，此面即马氏体转变中的不变平 面（不畸变，不转动）。 钢中常见的惯习面有三种，即 C%<0.6%为 (111)γ 0.6-1.4%为(225)γ C%>1.4%为(259)γ 随马氏体的形成温度降低惯习面指数增大。
(2) 马氏体转变不完全性


马氏体转变量是在 Ms ～ Mf 温度范围内，马氏体的转变 量是温度的函数，与等温
马氏体转变量与温度的关系
时间没有关系。
爆发式转变时马氏体转变量与温度的关系 过冷奥氏体向马氏体转变是在零下某一温 度突然发生并在一次爆发中形成一定数量 的马氏体，伴有响声并放出大量潜热。
显然，界面上的原子排列规律既同于马氏体，也同 于奥氏体，这种界面称为共格界面。但不变平面可以是 相界面，也可以不是相界面。

预先在磨光表面上划一直线划痕，相变后直线变 为折线，直线在新相、母相的界面不折断，在新 相晶内不弯曲。 马氏体相变就像形变中的切变一样。切变使得发 生上述宏观形变。而且，在上述相变时，相界面 宏观上不转动，也不变形，所以相界面称为不变 平面。
四、马氏体转变具有一定的位向关系和惯习面
马氏体转变时马氏体与奥氏体存在着严格的晶体学关系：
１、位向关系
相变时，整体相互移动一段距离，相邻原子的相对位置无变 化。作小于一个原子间距位置的位移，因此奥氏体与马氏体保持一定 的严格的晶体学位向关系。主要有：K-S关系、西山（N）关系、G-T关 系、K-V-N关系等。
表面浮凸：预先磨光表面的试样，在马氏体相变后 表面产生突起，这种现象称之为表面浮凸现象。
马氏体转变时产生表面浮凸示意图
高碳轴承钢马氏体的等温形成1.4%C,1.4%Cr, 浮凸，直接淬至100℃等温10小时 800×
下图是三种不变平面应变，图中的 C) 既有膨胀 又有切变，钢中马氏体转变即属于这一种。
获得马氏体是使钢强韧化的先决条件。
早在战国时代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) 的方法可以 提高钢的硬度，经过淬火的钢制宝剑可以“削铁 如泥”。 十九世纪未期，人们才知道钢在“加热和 冷却” 过程中内部相组成发生了变化，从而引起 了钢的性能的变化。为了纪念在这一发展过程中 做出杰出贡献的德国冶金学家Adolph Martens， 法国著名的冶金学家 Osmond建议将钢经淬火所得 高硬度相称为“马氏体”，并因此将得到马氏体 相的转变过程称为马氏体转变。 Martensite M—马氏体
2、惯习面
惯习面即马氏体转变的不变平面，总是平行或接近奥氏体的 某一晶面，并随奥氏体中含碳量及马氏体形成温度而变化。马氏体即 在此平面上形成中脊面。
五、马氏体转变的可逆性：
在某些合金中A冷却时A→M，而重新加热时马氏体 又能M→A，这种特点称为马氏体转变的可逆性。 逆转变开始的温度称为As，结束的温度称为Af 。 M→A的逆转变也是在一定的温度范围内（As-Af） 进行。 形状记忆合金的热弹性马氏体就是利用了这个特 点。
(2)位向关系
马氏体转变的晶体学特征是马氏体与母相之间存 在着一定的位向关系。在钢中已观察到到的有 K—S 关 系、西山关系和G—T关系。 （1）K—S关系 {110} αˊ∥{111}γ； <111> αˊ∥<110>γ

一、马氏体转变的特点
1. 马氏体转变的非恒温性 (1)马氏体转变在一定的温度范围内进行


马氏体转变主要为降温转变，过冷奥氏体冷至 Ms 温度时 才开始进行马氏体转变。而冷至Mf时马氏体转变终止。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。 奥氏体以大于某一临界速度VC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。 由于多数钢的Mf在室温以下，因此钢快冷到室温时仍有部 分未转变奥氏体存在，称为残余奥氏体，记为Ar、rA或AR。 有残余奥氏体存在的现象，称为马氏体转变不完全性。 要使残余奥氏体继续转变为马氏体，可采用冷处理。