马氏体转变的特点(一).
马氏体转变动力学
马氏体转变动力学马氏体转变也是形核和长大过程，铁合金中马氏体形成动力学是多种多样的，大体上可以分为四种类型。
（一）马氏体的降温形成（变温瞬时形核、瞬时长大）是碳钢和低合金钢中最常见的一种马氏体转变。
其动力学特点为：马氏体转变必须在连续不断的降温过程中才能进行，瞬时形核，瞬时长大，形核后以极大的速度长大到极限尺寸，相变时马氏体量的增加是由于降温过程中新的马氏体的形成，而不是已有马氏体的长大，等温停留转变立即停止。
按马氏体相变的热力学，钢及铁合金中马氏体相变的热滞很大，相变驱动力很大，同时，马氏体长大过程中，其共格界面上存在弹性应力，使界面移动的势垒降低，而且原子只需作不超过一个原子间距的近程迁移，因此，长大激活能很小。
所以马氏体长大速度极快，以致于可以认为相变速度仅取决于形核率，而与长大速度无关。
马氏体片一般在10-4~10-7秒内即长大到极限尺寸。
降温形成马氏体的量，主要取决于冷却所达到的温度，即M S以下的深冷程度，等温保持时转变一般不再进行，这一特点意味着，成核似乎是在不需要热激活的情况下发生的，所以也称其为非热学性转变。
奥氏体的化学成分虽然对M S有具有很大的影响，但其对马氏体转变动力学的影响，几乎完全是通过M S点起作用，在M S以下的转变过程不随成分发生显著变化。
冷却速度对M S点以下的转变过程有明显的影响。
只要是在马氏体转变之前，无论是缓慢冷却或冷却中断，都会引起马氏体转变发生迟滞，导致马氏体转变温度下降和马氏体转变量的减少。
这种现象称为奥氏体稳定化。
影响M S点和马氏体转变动力学过程的一切因素都会影响到转变结束后残留奥氏体数量的多少。
例如：化学成分对M S点有显著影响，结果导致室温下残余奥氏体量的巨大差异，如下表所示。
每增加1%合金元素时残余奥氏体量的变化元素 C Mn Cr Ni Mo W Si Co Al50 20 11 10 9 8 6 -3 -4Aˊ量变化(%)可以看出，碳含量对残余奥氏体量的影响十分显著，般认为淬火钢C%>0.4%后就应考虑残余奥氏体对性能的影响。
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。
3马氏体转变(一)
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。
内蒙古工业大学 23
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
内蒙古工业大学
6
§3-1 马氏体相变的特征 及定义
7
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。
内蒙古工业大学 8
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
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
马氏体转变马氏体转变的发展过程早在战国时代人们已经知道用淬火(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”。
十九世纪末期，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—马氏体十九世纪末到二十世纪初主要局限于研究钢中的马氏体转变及转变所得产物—马氏体。
二十世纪三十年代，人们用X 射线结构分析的方法测得钢中马氏体是碳溶于α-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α—Fe 中的过饱和固溶”。
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”。
四十年代前后，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。
不仅观察到冷却过程中发生的马氏体转变；同时也观察到了在加热过程中所发生的马氏体转变。
由于这一新的发现，人们不得不把马氏体的定义修定为：“在冷却过程中所发生马氏体转变所得产物统称为马氏体”。
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。
1.奥氏体是碳溶解在γ－Fe中的间隙固溶体，它是γ－Fe的面心立方结构，其溶碳能力较大。
2.马氏体是碳溶于α-Fe的过饱和的固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相，是母相奥氏体快速冷却时形成的新相，为体心四方结构，其溶碳能力较小。
3.马氏体相变：从奥氏体到马氏体的转变，为无扩散型相变。
马氏体转变的基本特点
最终热处理： 为满足零件最终使 淬火、回火 用性能而进行的热 表面热处理 处理。 化学热处理
4、热处理的工艺要素：
温度、时间
5、热处理工艺曲线：
加热 保温 冷却
时间
温度
第一节、钢在加热时的转变
钢的临界点：
平衡临界点： A1、 A3、 Acm
加热临界点：
Ac1、Ac3、Accm
温度
Ac3 A3 Ar3
15%NaCl水溶液冷却
57~62
由此可见：
冷却条件不同，钢的性能不同。
*生产中常用冷却方式有 等温冷却和连续冷却两种。
A1
等温冷却
连续冷却
时间
（一）过冷A的等温转变
什么叫过冷A？
A在A1温度以上是稳定相，冷却至A1温 度以下就成了不稳定相，必然要发生转变。
但A并不是一冷却至A1温度以下就发生 转变，需停留一定时间（孕育）才能发生 转变。
但是，A连续冷却转变图测定较困难。生产中 常借用同种钢的A等温转变图分析过冷A连续冷 却转变产物的组织与性能。
下面以共析钢为例，用A 等温转变图来分析过冷A连 续冷却转变产物的组织与性
能：
A1
A
P
A’
T
S V1(P）
V2(S）
B
230
MS
V4(M+A’）
V3(M+T）
-50 Mf
时间
共析钢过冷A连续冷却转变产物的组织与性能
成分：含碳量较高，主要存在于高碳钢 的淬火组织中，故又称为高碳M。
性能：具有高的硬度、强度，但塑性与 韧性差，脆性较大。
基本相同，但有区别。因此，要研究A在 连续冷却条件下的转变规律，有必要引入A 连续冷却转变图。
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。
马氏体转变及其应用
马氏体转变及其应用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。
1 马氏体转变的特点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℃—-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。
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。
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。
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。
从高温冻结下来的核胚有大有小，从经典的相变理论可知:冷却达到的温度愈低，过冷度愈大，临界晶核尺寸就愈小，当奥氏体被过冷到某一温度时,尺寸大于该温度下的临界晶核尺寸的核胚就成为晶核，就能长成一片或一条马氏体。
热处理原理及工艺-马氏体转变讲课文档
第三页，共95页。
一、马氏体的晶体结构和转变特点为什么？
（一）马氏体的晶体结构
马氏体为碳在a-Fe中的过饱和固溶体，通常用M 表示；
马氏体的成分与奥氏体的成分完全相同；
第十七页，共95页。
2、西山关系
西山（Nishiyama）在Fe-30Ni合金单晶中发现，在室温以上形成的马氏体与奥氏体间 具有K-S关系，而在-70℃以下形成的马氏体则具有西山关系。
{11}1 //{01}1a' 211 //011a'
西山关系与K-S关系相比，两者的晶面平行关系相同，但晶 向平行关系却相差5°16′。
马氏体的长大是靠母相中原子作有规则的迁移（切变）使界面 推移而不改变界面上共格关系；
共格界面的弹性应变能较大，随着马氏体的形成，会在其周围 奥氏体点阵中产生一定的弹性应变，积蓄一定的弹性应变能， 当马氏体长大到一定尺寸，使界面上奥氏体中弹性应力超过其 弹性极限时，两相间的共格关系即遭到破坏，马氏体便停止长 大。
第十六页，共95页。
1、K-S关系
Kurdjumov和Sachs采用X射线极图法测出1.4%C钢中马氏体与奥氏体之间存 在下列位向关系，即K-S关系 母相奥氏体的密排面{111}与马氏体的密排面{110}相平行； 奥氏体的密排方向<110>与马氏体的密排方向<111>相平行。
{11}1 //{11}0a' 110 //111a'
第十四页，共95页。
无扩散性
有两个方面的证据 转变可在温度很低的温度下进行； 马氏体中的碳含量与原奥氏体完全一致。
材料科学基础-材料的亚稳态(3)
马氏体转变
马氏体转变是一类无扩散型的固态相变，马氏体为亚稳相。 将钢加热至奥氏体后快速淬火，所形成的高硬度的针片状组织。
转变特点: (1)无扩散性 (2)切变共格与表面浮凸 (3)惯习面及位向关系 (4)转变是在一个温度范围内进行的 (5)转变不完全
马氏体转变
性能:高强度、高硬度 相变强化 固溶强化 细晶强化
钢的化学成分对马氏体点的影响 变温马氏体相变，与温度有关，瞬间（几分 之一秒内）剧烈地 形成大量马氏体，有的高达70%M。
高镍钢中马氏体等温转变曲线（Ni: 23wt％） 等温马氏体转变：FeNiMn, FeNiCr, CuAu, CoPt
马氏体转变动点测量
❖ 膨胀法：利用母相与马氏体之间比容的不同 ❖ 电阻法：利用两相间电容的不同 ❖ 磁性法：奥氏体不具有铁磁性，马氏体具有铁磁性。只可用于钢
高碳马氏体
球墨铸铁淬火 G球+M+Aˊ
低碳马氏体
15钢淬火组织 M低
应力（磁、电）驱动的马氏体相变
形状记忆效应和形状记忆合金
在发生了塑性变形后，经过合适的热过程，能够回复到变形前的形状， 这种现象叫做形状记忆效应（SME）。 具有形状记忆效应的金属，称为形状记忆合金（SMA）。
形状记忆合金可以分为三种 （1）单程记忆效应 形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这 种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。
Smith W F. Foundations of Materials Science and Engineering. McGRAW.HILL.3/E
马氏体片形成时产生的浮凸示意图
不变平面应变
❖ 倾动面一直保持为平面
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。
第4章_马氏体转变
4.1.2 马氏体转变的特点
1. 表面浮凸效应和共格切变性
共格界面的界面能比非 共格界面小，但其弹性应 变能却较大。因此随着马 氏体的形成必定会在其周 围奥氏体点阵中产生一定 的弹性应变，从而积蓄一 定的弹性应变能 (或称共格 弹性能) 。
马氏体形成时在其周围奥氏体点阵 中引起的应变场(示意图)
4.1.2 马氏体转变的特点
马氏体转变量是在 Ms～Mf 范围内通过不断降温来增 加， 即马氏体转变量是温度的函数，与等温时间无关。
马氏体转变量与温度和等温时间的关系图
在很多情况下，冷却到Mf 温度后，并不能得到 100%的马氏体组织，仍然保留部分未转变的奥氏体， 称为残余奥氏体，以AR表示。这种现象称为马氏体 转变的不完全性。
另外，马氏体中的碳含量与原奥氏体完全一致，这表 明马氏体转变时也没有发生碳的扩散。因此，马氏体转 变属于无扩散型相变。这是它与其它类型相变相区别的 一个重要持点。
4.1.2 马氏体转变的特点
3. M转变的位向关系及惯习面
马氏体转变时马氏体与奥氏体存在着严格的晶体学关 .2 马氏体转变的特点
1. 表面浮凸效应和共格切变性
可见，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为两相所共有，即新相和 母相间保持共格关系。
4.1.2 马氏体转变的特点
1. 表面浮凸效应和共格切变性
由于这种界面是以母相切变维持共格关系，故称为 “切变共格”界面，即原A中的任一平面在转变成M后 仍为一平面。M的长大便是依靠母相中原子做有规则的 迁移（切变）使界面推移而不改变界面上共格关系。
马氏体的正方度取决于其碳含量，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。当 wC＜0.25%时，c/a=1，马氏体为体心立方晶格。
马氏体可逆转变和形状记忆效应
马氏体可逆转变和形状记忆效应在马氏体相变热力学一节中已经讨论到马氏体相变具有可逆性，并将马氏体向高温上的转变称为逆转变或反相变。
碳钢中的马氏体因其加热时极易分解，所以到目前为止尚未观直接察到它的逆转变。
但在一系列铁合金和非铁合金的马氏体相变中均已观察到逆转变的存在，并且在逆转变中亦观察到了表面凹凸现象，凹凸的方向正好和正相变相反。
已发现具有可逆马氏转变的合金有：Fe-Ni，Fe-Mn，Cu-Al，Cu-Au，In-Tl，Au-Cd，Ni-Ti等。
这些合金中的马氏体可逆转变，按其特点不同，可分为热弹性马氏体的可逆转变和非热弹性马氏体可逆转变两类。
热弹性马氏体的可逆转变是近代发展形状记忆材料的基础。
而非热弹性马氏体可逆转变则导致材料的相变冷作硬化，成为材料强化的途径之一。
（一）马氏体可逆转变的特点具有马氏体可逆转变的不同合金中，马氏体相变的热滞后现象有明显差异。
例如，在Fe-Ni合金（以此作为非热弹性马氏体可逆转变的代表）中，A S较M S高420℃，Au-Cd 合金（以此作为热弹性马氏体可逆转变的代表）中A S比M S 仅高16℃，如图3-100所示。
显然，这两种合金马氏体相变的驱动力差别很大，前者很大，后者很小。
因此，它们的相变行为也有很大的差别。
1、共同特点热弹性马氏体可逆转变和非热弹性马氏体可逆转变的共同特点是急速加热和冷却都不能遏制转变的进行。
在连续冷却时两种合金转变量随温度的变化都是连续的，即转变量是转变温度的函数，符合降温形成马氏体动力学的一般规律。
2、不同特点主要表现在M S以下两种合金马氏体的长大方式有着明显的差别。
（1）非热弹性马氏体在Fe-Ni合金中，连续冷却时新马氏体片不断形成，每一片都是突然出现，并迅速长大到极限尺寸。
因此，相变速率是温度下降速率的函数，马氏体是由成核率及每一片马氏体长大后的大小来决定的，而和长大速度无关。
因为Fe-Ni 合金马氏体相变驱动力很大，马氏体片长大速度极快。
第3章马氏体转变
图3-10 片状马氏体中的孪晶
图3-11 具有中脊的透镜状马氏体
（3）薄板状马氏体 在 Ms 点低于 0℃的 FeNi-C 合金中形成。 在空间为薄板状, 而显微 组织则呈很细的带状, 它 们具有互相交叉或曲折等 特殊形态。 亚结构是全部由 {112}M 型孪晶所组成, 是一个完 全的孪晶马氏体 无中脊存在。
在 Ms 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。
图3-8 含碳量对马氏体正方度的影响
2 马氏体的点阵结构及其畸变
在室温以上碳原子基本上是择优地占据立方轴 c（或z 轴） 上的八面体间隙位置（Oz）, 这 就相当于沿 bcc 晶格间隙呈有序分布。 八面体间隙短轴方向上半径仅为1.9nm,C原子 有效半径7.7nm。 由体心立方→体心正方点阵，由于C原子溶入 造成非对称畸变，可视为一个应力场， C原子 在这个应力场中心。
第3章 马氏体（martensite） 转变（transformation）
主要讲授内容
3.1 马氏体相变的主要特征 3.2 马氏体相变热力学 3.3 马氏体相变晶体学的经典模型 3.4 马氏体转变的动力学 3.5 钢中马氏体的晶体结构 3.6 钢及铁合金中马氏体的组织形态 3.7 奥氏体的稳定化 3.8 马氏体的机械性能
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表面浮凸现象。
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二、马氏体转变的无扩散性
实验依据： 马氏体转变前后，碳浓度无变化； Fe-Ni合金在极低温度（-190℃）下，M长大速度仍可达
到105cm/s。在低碳钢中存在C的扩散现象
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金属材料与热处理课程
马氏体转变的特点（一）
主讲教师：张恩耀 西安航空职业技术学院
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马氏体转变的特点（一）
一、切变共格和表面浮凸现象
奥氏体向马氏体晶体结构的转变是靠切变进行的，由于切 变使相界面始终保持共格关系，因此称为切变共格。 由于 切变导致在抛光试样表面在马氏体相变之后产生凸起，即
三、马氏体转变具有一定的位向关系和惯习面
马氏体相变的晶体学特点是新相和母相之间存在一定的位向 关系。马氏体相变时，原子不需要扩散，只作有规则的很小 距离的移动，新相和母相界面始终ห้องสมุดไป่ตู้持着共格和半共格连接 ，因此相变完成之后，两相之间的位相关系仍保持着。
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碳含量和形 成温度不同而异。有色金属中马氏体的惯习面为高指数面。
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K-S 关系和西山关系的比较
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