马氏体转变
马氏体温度转变范围
马氏体温度转变范围1. 引言马氏体温度转变是材料科学领域的一个重要研究课题，对于理解材料的力学性能和热处理过程具有重要意义。
本文将介绍马氏体温度转变的基本概念、影响因素以及常见的实验方法和应用。
2. 马氏体温度转变的基本概念马氏体是一种具有高硬度和优良弹性的金属相，在金属材料中广泛存在。
马氏体相变是指当金属经过适当的热处理或冷却过程后，从奥氏体相变为马氏体相的过程。
这一相变过程伴随着晶格结构和宏观形态的改变，从而导致材料性能发生显著变化。
马氏体温度转变范围是指在一个特定条件下，金属从奥氏体相转变为马氏体相所需要的温度范围。
该范围通常由两个关键温度值确定：起始温度（Ms）和结束温度（Mf）。
起始温度指在加热过程中，金属开始从马氏体相变为奥氏体相的温度；结束温度则是在冷却过程中，金属完全转变为马氏体相的温度。
3. 影响马氏体温度转变的因素马氏体温度转变受到多种因素的影响，以下是一些主要因素的介绍：3.1 化学成分金属材料的化学成分对马氏体温度转变范围有着重要影响。
不同元素的添加或去除都可能改变材料的晶格结构和相变行为，进而影响马氏体转变温度。
3.2 加热和冷却速率加热和冷却速率是影响马氏体转变范围的关键因素之一。
较快的加热速率可以提高起始温度，而较慢的冷却速率则可以降低结束温度。
这是因为快速加热会导致奥氏体退火，从而使得起始温度增加；而慢速冷却则有利于保留更多的奥氏体组织，降低结束温度。
3.3 组织结构和形貌金属材料的组织结构和形貌对马氏体转变范围也有显著影响。
细小的奥氏体晶粒和高密度的位错可以提高起始温度，而马氏体颗粒的尺寸和分布则会影响结束温度。
3.4 外部应力外部应力是另一个影响马氏体转变范围的因素。
外部应力可以改变材料的相变动力学，从而引起马氏体转变温度的偏移。
例如，压应力会抑制奥氏体相变为马氏体，从而使得起始温度升高。
4. 实验方法为了研究马氏体温度转变范围，科学家们开发了许多实验方法。
以下是一些常见的实验方法：4.1 热差法热差法是一种测量材料相变温度范围的常用方法。
马氏体转变
马氏体相变的
分子动力学模拟
200,000 Zr atoms 1024-node Intel Paragon XP/S-150
六. 不同材料中的马氏体转变 1. 有色合金 许多有色合金也存在马氏体转变。 马氏体外形基本上仍属条片状，金相形貌与铁基 马氏体有区别。 马氏体亚结构多为层错和孪晶，极少有位错型。
' '
薄板状马氏体
薄片状马氏体
三. 马氏体转变的热力学 1. 相变驱动力
G
T0为相同成分的马氏 体和奥氏体两相热力学 平衡温度，此时
ΔGγ→α′
ΔGγ→α’ = 0
ΔGγ→α’ 称为马氏体相 变驱动力。 Ms T0 Gα′ Gγ T
自由焓——温度曲线
2. 转变温度Ms和Mf 相变驱动力用来提供切变能 量、亚结构畸变能、膨胀应变 能、共格应变能、界面能等， 所以要有足够大相变驱动力。 Ms为马氏体转变起始温度， 是奥氏体和马氏体两相自由能 之差达到相变所需的最小驱动 力（临界驱动力）时的温度。 Mf为马氏体转变终了温度。 T
（3） 其它形貌马氏体 在高碳钢，高镍Fe-Ni-C合金中， 或在应力诱发作用下，会形成蝶 状马氏体。 呈V形柱状，成片出现。 两翼的惯习面为{225}γ，夹角 为136°，结合面为{100}γ。 位向关系为K-S关系。
蝶状马氏体 {100}γ
晶内亚结构为位错，无孪晶。
136°
蝶状马氏体示意图
(155)
(321) 和 (332) 之间
{111} {133} {8，8，11}β {344}β {344}β {100}β
2. 无机材料 1963年Wolten根据ZrO2中正方相t→单斜相m的转 变具有变温、无扩散及热滞的特征，将这种转变称 为马氏体转变，ZrO2中的t→m相变还表现出表面浮 凸及相变可逆的特点。 在无机和有机化合物、矿物质、陶瓷以及水泥的 一些晶态化合物中也有切变型转变。如压电材料 PbTiO3、BaTiO3、及K(Ta、Nb)O3等钙钛氧化物高 温顺电性立方相→低温铁电性正方相的转变；高温 超导体YBaCu2O7-x高温顺电相→超导立方相的转变 均为马氏体转变。
第五章 马氏体转变
第五章马氏体转变马氏体转变——当采用很快的冷却速度时（如水冷），奥氏体迅速过冷至不能进行扩散分解的低温M S点以下，此时得到的组织称为马氏体。
在转变过程中，铁原子和碳原子均不能扩散，因此其是一种非扩散型相变。
§5.1 马氏体转变的主要特征§5.2 钢中马氏体转变的晶体学§5.3 马氏体的组织形态及影响因素 §5.4 马氏体转变的热力学§5.5 马氏体转变动力学§5.6 马氏体的力学性能§5.1 马氏体转变的主要特征一、马氏体转变的非恒温性二、马氏体转变的共格性和表面浮凸现象三、马氏体转变的无扩散性四、具有特定的位向关系和惯习面五、马氏体转变的可逆性六、马氏体的亚结构一、马氏体转变的非恒温性马氏体转变开始点（M s）——必须将母相奥氏体以大于临界冷却速度的冷速过冷至某一温度以下才能发生马氏体转变，该转变温度即为M s。
马氏体转变终了点（M f）——当冷却至M s以下某一温度时，马氏体转变便不再继续进行，这个温度即为M f。
奥氏体被过冷至Ms点以下任一温度时，不需经过孕育，转变立即开始，且以极大速度进行，但转变很快停住，不能进行到终了。
为使转变能继续进行，必须降低温度，即马氏体转变是在不断降温的马氏体转变量是温度的函数，而与等温时间无关。
图5-2 马氏体转变量与温度的关系马氏体转变的非恒氏体二、马氏体转变的共格性和表面浮凸现象图5-3 钢因马氏体转变而产生的表面浮凸。
图5-4 马氏体浮凸示意图图5-5 马氏体和奥氏体切变共格交界面示意图马氏体与奥氏体之间界面上的原子既属于马氏体，又属于奥氏体，是共有的；并且整个相界面是互相牵制的，这种界面称之为“切变共格”界面。
三、马氏体转变的无扩散性马氏体转变的无扩散性：马氏体转变时只有点阵的改组而无成分的改变。
马氏体的成分与原奥氏体的成分完全一致，且碳原子在马氏体与奥氏体中相对于铁原子保持不变的间隙位置。
马氏体转变的晶体学特点
马氏体转变的晶体学特点马氏体转变是指在钢铁中从奥氏体转变为马氏体的过程。
这个过程是由于钢铁受到了高温和快速冷却的影响，使得奥氏体晶格结构发生变化，形成了马氏体晶格结构。
马氏体转变对于钢铁的力学性能和物理性能具有很大的影响，因此研究马氏体转变的晶体学特点非常重要。
一、马氏体转变的基本原理1.1 马氏体转变的定义马氏体是指由奥氏体通过快速冷却而形成的一种新晶相。
其特点是硬度高、脆性强、磁性强等。
1.2 马氏体转变的条件（1）合适的成分：合金元素含量应该适中，过高或过低都会影响马氏体转变。
（2）适当的温度：温度过高或过低都会影响马氏体转变。
（3）快速冷却：只有在快速冷却条件下才能形成马氏体。
二、马氏体晶格结构2.1 马氏体晶格结构马氏体晶格结构是由六方最密堆积结构变形而来的。
其具有三种不同的变体：板条马氏体、针状马氏体和双相马氏体。
2.2 马氏体晶格结构的特点（1）硬度高：由于马氏体的晶格结构紧密，因此其硬度非常高。
（2）脆性强：由于马氏体的晶格结构紧密，因此其韧性非常差，容易发生断裂。
（3）磁性强：由于马氏体中存在大量的铁原子，因此其磁性非常强。
三、马氏体转变的影响3.1 马氏体转变对力学性能的影响（1）硬度增加：由于马氏体具有较高的硬度，所以钢铁经过马氏体转变后，硬度会明显增加。
（2）韧性降低：由于马氏体具有较高的脆性，所以钢铁经过马氏体转变后，韧性会明显降低。
（3）延展性降低：由于钢铁经过马氏体转变后，延展性会明显降低。
3.2 马氏体转变对物理性能的影响（1）磁性增强：由于马氏体中存在大量的铁原子，因此其磁性非常强。
（2）导电性降低：由于马氏体具有较高的硬度，所以其导电性会明显降低。
四、马氏体转变的应用4.1 马氏体转变在钢铁生产中的应用钢铁生产中经常采用马氏体转变来改善钢铁的力学性能和物理性能。
例如，在汽车制造业中，常使用高强度钢来提高汽车的安全性能。
而这些高强度钢通常是经过马氏体转变处理后得到的。
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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马氏体转变特点
马氏体转变特点马氏体转变是指钢铁材料在加热或冷却过程中发生的晶体结构变化。
马氏体转变具有以下几个特点。
1. 温度范围：马氏体转变温度范围较宽，通常在200℃到600℃之间。
这个范围内的温度变化会引起钢铁材料的晶体结构发生变化，从而影响材料的力学性能。
2. 马氏体相变：马氏体转变是指钢铁材料从奥氏体结构转变为马氏体结构的过程。
奥氏体是一种面心立方结构，具有较高的韧性和塑性，而马氏体是一种体心立方结构，具有较高的硬度和强度。
3. 形变机制：马氏体转变是通过固溶体的相变来实现的。
在加热过程中，钢铁材料中的固溶体会发生晶体结构的变化，形成马氏体。
在冷却过程中，马氏体会再次转变为固溶体，从而使材料恢复到原来的晶体结构。
4. 转变速率：马氏体转变的速率取决于转变温度和材料的成分。
通常情况下，转变速率较快，可以在几秒钟或几分钟内完成。
然而，在一些特殊情况下，如低温下或含有合金元素的材料中，马氏体转变速率会显著降低。
5. 影响因素：马氏体转变受多种因素的影响，包括材料的成分、冷却速率、加热温度等。
增加合金元素的含量或采用快速冷却方法可以加速马氏体转变的速率。
6. 影响性能：马氏体转变对钢铁材料的力学性能具有显著影响。
马氏体具有较高的硬度和强度，但韧性和塑性较低。
因此，在一些特定的应用场合中，需要控制马氏体转变的程度，以获得适当的力学性能。
7. 相变组织：马氏体转变后的钢铁材料会形成不同的相组织。
常见的相组织包括全马氏体组织、马氏体和残余奥氏体组织、马氏体和贝氏体组织等。
不同的相组织具有不同的力学性能。
马氏体转变是钢铁材料在加热或冷却过程中发生的晶体结构变化，具有温度范围广、转变速率快、影响因素多等特点。
了解和掌握马氏体转变的特点对于钢铁材料的制备和应用具有重要意义。
第4章 马氏体转变
M转变的表面浮凸
表面浮凸与共格特点
• 表面浮凸说明M是以切变方式进行的 • 是在不变平面上产生的均匀 变平面的距离成正比 • 不变平面可以是相界面（孪晶面）或非相界面 （中脊面） • 界面上原子排列既同于M又同于A－共格界面
三种不变平面应变
M无扩散性
Fe-24Ni-0.8C针状马氏体 x300
高碳M组织
蝶状马氏体
• • • • 形成温度：在板条和透镜M形成温度之间 位相：K-S关系 亚结构：位错 惯习面：两翼 {225} γ ，相交136°， 两翼结合面：{100} γ
薄板M
• • • • 在Ms为－100°C以下，Fe-Ni-C合金中 惯习面｛259｝γ， 位向关系：K－S 亚结构：孪晶｛112｝α’
第一节 M转变的主要特征
• • • • • 非恒温性：转变开始点Ms, 终了点Mf 共格性和表面浮凸 无扩散性 位向关系和惯习面 可逆性
M转变的非恒温性
M等温转变曲线
M转变量与温度的关系
爆发式转变时M转变量与温度关系
Fe-23%Ni-3.7%Mn合金M转变动力学曲线
M转变非恒温性的特点
• 无孕育期，在一定温度下转变不能进行 到底。 • 有转变开始和转变终了温度。M转变在 不断降温下进行，转变量是温度的函数 • 有些Ms在0C以下的合金，可能爆发形成 • 有些可能等温形成，但不能转变完全。
K-S关系
M在(111)γ形成时三种不同的西山取向
M转变的可逆性
• 冷却时，高温相可以通过M转变而转变 为M。开始点Ms，终了点Mf • 加热时，M也可通过M转变而转变为高温 相。开始点As，终了点Af
第二节 M转变的晶体学
• M的晶体结构： Fe-C合金M是C在α-Fe中的过饱和固溶体。具有 体心正方点阵 • M的点阵常数与钢中含C量有关： c=a0+αρ a=a0-βρ c/a=1+γρ a0=2.861Å α=0.116±0.002 β =0.113±0.002 γ=0.046±0.001 ρ－钢中M的含C量（wt%)
金属材料热处理原理 第五章 马氏体转变
二、马氏体转变的主要特点 1. 切变共格和表面浮凸现象
钢因马氏体转变而产生的表面浮凸
马氏体形成时引起的表面倾动
马氏体是以切变方式形成的，马氏体与奥氏体 之间界面上的原子既属于马氏体，又属于奥氏体， 是共有的；并且整个相界面是互相牵制的，这种界 面称之为“切变共格”界面。
马氏体和奥氏体切变共格交界面示意图
4. 马氏体转变是在一个温度范围内完成的
马氏体转变量与温度的关系
Ms—马氏体转变开始温度；Mf—马氏体转变终了点； A、B—残留奥氏体。
5. 马氏体转变的可逆性
在某些铁合金中，奥氏体冷却转 变为马氏体，重新加热时，已形成的 马氏体又可以逆马氏体转变为奥氏体， 这就是马氏体转变的可逆性。一般将 马氏体直接向奥氏体转变称为逆转变。 逆转变开始点用As表示，逆转变终了 点用Af表示。通常As温度比Ms温度高。
2. 马氏体转变的无扩散性
马氏体转变的无扩散性有以下实验证据：
(1) 碳钢中马氏体转变前后碳的浓度没有 变化，奥氏体和马氏体的成分一致，仅发生晶 格改组：
γ-Fe(C) → α-Fe(C)
面心立方 体心正方
(2) 马氏体转变可以在相当低的温度范围 内进行，并且转变速度极快。
3. 具有一定的位向关系和惯习面
西山关系示意图
③ G-T关系
{111}γ∥{110}α′ 差1°；<110>γ∥<111>α′ 差2°。
(2) 惯习面
马氏体转变时，新相总是在母相的某个晶面族上 形成，这种晶面称为惯习面。在相变过程中从宏观上 看，惯习面是不发生转动和不畸变的平面，用它在母 相中的晶面指数来表示。
钢中马氏体的惯习面随碳含量及形成温度不同而 异，常见的有三种：(1) 含碳量小于0.6%时，为{111}γ； (2) 含碳量在0.6%~1.4%之间时，为{225}γ；(3) 含碳 量高于1.4%时，为{259}γ。随马氏体形成温度下降， 惯习面有向高指数变化的趋势。
马氏体的转变
马氏体片大小不 一，马氏体片间不平 行，互成一定夹角， 第一片马氏体形成时 惯穿整个奥氏体晶粒， 后形成的马氏体片逐 渐变小，即马氏体形 成时具有分割奥氏体 晶粒的作用。因此， 马氏体片的大小取决 于奥氏体晶粒的大小。
在马氏体片中常 能看到明显的中脊， 关于中脊的形成规律 目前尚不清楚。
晶体学特征
•
• 2、等温马氏体转变
• 晶核的形成有孕育期，形核率随过冷度的增加而 先增后减。 • 核形成后的长大速率仍极快，且长大到一定尺寸 后同样不再长大，这种转变的动力学同样取决于形核 率而与长大速率无关．马氏体转变量随等温时间的延 长而增多．其等温转变动力学曲线也呈S形即该转变量 是时间的函数，并与等温温度有关． • 随等温温度的降低，转变速度先增后减．起初的 增加归结于新马氏体片的自催化形核，而随后的减小 则是因为过冷奥氏体不断地被已生成的马氏体片分隔 为越来越小的区域，在这些区域中形核的几率下降．
亚结构
亚结构主要是高密度的位错缠结构成的位错胞，位 错密度可高达0.3～0.9×1012/cm2，板条边缘有少量孪 晶。从亚结构对材料性能而言，孪晶不起主要作用。 （2）、片状马氏体 常见于淬火高、中碳钢及高Ni的Fe-Ni合金中，是 铁系合金中出现的另一种典型的马氏体组织。
显微组织
典型的马氏体组织形态见下图所示：
② 薄板状马氏体
这种马氏体是在Ms点低于-100℃的Fe-Ni-C合金 中观察到的，是一种厚度约为 3～10μ m的薄板形马氏 体，三维单元形貌很象方形薄板，与试样磨面相截得 到宽窄一致的平直带状，带可以相互交叉，呈现曲折、 分杈等特异形态。 惯习面为（259）γ ，位向关系为K-S关系，亚结 构为(112)α ˊ孪晶，无位错，无中脊。 随转变温度降低，转变进行时，即有新马氏体 的不断形成，同时也有旧马氏体的不断增厚。
马氏体转变的特点
马氏体转变的特点
马氏体转变是钢铁材料热处理过程中的一个重要环节，也是钢铁材料组织变化的关键之一。
它可以显著地改善钢铁材料的硬度、强度、韧性等性能。
在钢铁材料的热处理工艺中，马氏体转变具有很多特点，下面将进行详细阐述。
一、温度和时间的作用
马氏体转变的首要特点是其对温度和时间的敏感性。
不同的温度和时间对马氏体的形成和数量有着很大的影响。
通常情况下，只有当材料在一定温度范围内持续一定的时间时，才能实现马氏体转变。
例如，当钢铁材料在温度为200℃左右保温15分钟以上时，才能得到足够的马氏体形成。
二、成分的影响
马氏体转变的形成和数量也与钢铁材料的成分有很大的关系。
钢铁材料中的一些元素，如铬、镍等，可以极大地促进马氏体转变的形成，使得材料的强度和硬度得到进一步提升。
同时，这些元素也能够改善材料的防腐蚀性能。
三、形态和数量的变化
马氏体转变后，钢铁材料的组织结构会发生明显变化。
原来的针状组织会转变为片状或粉末状，数量也会增加。
这种结构使得材料的强度、硬度和韧性都有所提高，而且可以承受更大的冲击力。
四、脆性和负荷能力的影响
马氏体转变可以使得钢铁材料的硬度和强度增强，但同时也会使得材料变得更加脆性，难以承受冲击力和振动。
因此，在进行马氏体转变后，还需要进行回火处理，以平衡材料的硬度和韧性。
总之，马氏体转变是钢铁材料热处理中不可或缺的一环，它具有影响钢铁材料性能的多方面特点。
在钢铁材料的生产中，科学合理地控制马氏体转变和回火过程，实现材料性能的最优化提升，对于提高钢铁材料的质量和增强其竞争力具有重要意义。
第四章马氏体转变
马氏体研发史
1930年，Γ. B．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｝，晶面上形成，被称为惯习面。
1934年，西山测得Fe-Ni合金马氏体相变时存在西山关系。 1949年，Greniger和Troiano测定了Fe-22 % 、Ni-0.8C％合 金中的马氏体位向，发现了G-T关系。 1951年，J. W. Christian首先提出了马氏体相变的层错形核 模型。1953年，Frank首先提出 Fe-C｛225｝，马氏体与母相 间的位错界面模型。它促成了K-D位错胞核胚模型的提出。
4.1.2 马氏体转变的特点
一、表面浮凸现象和切变共格 二、无扩散性 三、具有特定的位向关系 四、惯习面的不变性 五、马氏体相变具有一个形成温度范围 六、马氏体转变的可逆性
4.1.2 马氏体转变的特点
一、表面浮凸现象和切变共格 （200～196℃）
马氏体形成时试样表面浮凸现象
4.1.2 马氏体转变的特点
｛111｝γ //｛110｝α 差1º； ＜110＞γ // ＜111＞α 差2º
•四、惯习面和不变平面
马氏体相变不仅新相和母相之间有严格的位向关系，而 且马氏体是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。 钢中马氏体的惯习面常见的有三种：{111}γ 、{225}γ 、 和{259}γ。惯习面随碳含量及形成温度不同而异： 碳含量小于 0.6％时为{111}γ， 碳含量在 0.6％～1.4％之间为{225}γ， 碳含量高于 1.4％时为{259}γ 。
4.1.2 马氏体转变的特点
马氏体回火转变过程
马氏体回火转变过程
马氏体回火转变是指在高温下形成的马氏体在热处理后被回火，使之
变成更稳定的组织结构。
马氏体回火转变过程包括以下几个阶段：
1.回火前马氏体阶段：
在高温下，钢经过淬火使之形成马氏体。
这是一种具有高硬度和脆性
的组织结构。
2.针状马氏体阶段：
在回火温度较低的情况下，马氏体开始发生转变，出现一些细小的针
状马氏体晶体。
这种晶体具有一定的强度和韧性。
3.板条状马氏体阶段：
随着回火温度的逐渐上升，马氏体会转变成板条状马氏体。
这种晶体
比针状马氏体更稳定，具有更高的韧性。
4.珠光体阶段：
当回火温度达到一定程度，板条状马氏体转变成了珠光体。
珠光体是
一种具有良好韧性和强度的晶体结构，是最终目标。
总的来说，马氏体回火转变过程是指在淬火后，通过回火使之得到更
稳定的组织结构的过程。
在回火的过程中，马氏体逐渐转变成针状马氏体、板条状马氏体和最终的珠光体。
《马氏体转变 》课件
形状记忆合金
利用马氏体转变实现材料的形状 记忆和超弹性特性。
马氏体转变的挑战
1 不均匀性
2 疲劳行为
金属中马氏体的分布不均 匀，形成缺陷和应力集中。
马氏体转变会影响材料的 疲劳行为和寿命。
3 加工性
马氏体转变会导致材料的 形变和变形困难。
结论和要点
1 马氏体转变是金属中 2 马氏体形成受晶体排 3 马氏体转变包括自发
《马氏体转变》PPT课件
马氏体转变是金属中发生的一种相变过程，对材料的性能和结构具有重要影 响。本课件将介绍马氏体转变的定义、形成、类型、影响因素，以及应用、 挑战、结论和要点。
什么是马氏体转变？
1 定义
马氏体转变指的是金属在冷却或加热过程中，从一种晶体结构转变为另一种晶体结构的 过程。
马氏体在金属中的形成
的相变过程。
列、变形和条件的影
转变、应力诱导转变
响。
和相变时效。
4 合金成分、冷却速率和应力状态是
马氏体转变的影响因素。
5 马氏体转变在材料工程和实际应用
中具有重要意义。
马氏体转变的影响因素
合金成分
• 改变马氏体转变温度和 转变形式。
冷却速率
• 影响晶体的尺寸和形状。
应力状态
• 可以诱导或抑制马氏体 转变。
实例展示：马氏体转变的应用
马太效应
在合金中形成大颗粒马氏体，提 高金属材料的强度和韧性。
马氏体不锈钢
通过控制马氏体转变，获得具有 高强度和耐腐蚀性能的不锈钢。
1 晶体排列
马氏体形成受金属原子排列的变形和具体条件，如温度、压力和合金化元素的存在，对马氏体形成有重要作用。
马氏体转变的类型
自发转变
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：
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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。
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。
(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。
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 。
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
马氏体的定义
（1）马氏体是碳溶于α-Fe中的过饱和间隙式固溶体；
（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 ；
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。
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。
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。
（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。
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。
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)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
（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