马氏体转变原理讲解

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。
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。
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进→行A。的逆转变也是在一定的温度范围内（As-Af） 形状记忆合金的热弹性马氏体就是利用了这个特
点。
二、 马氏体转变的晶体学
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)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
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 ；
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
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。
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。
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 。
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：
奥不氏需体孕以育大，于转某变一立临即界发速生度，V并C且的以速极度大冷速却度到进某行一温，度但，很 快停止。
(2) 马氏体转变不完全性
由部分于未多转数变钢奥的氏Mf体在存室在温，以称下为，残因余此奥钢氏快体冷，到记室为温A时r、仍r有A 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。
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
时间没有关系。
马氏体转变量与温度的关系
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。
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。
{110} αˊ∥{111}γ； <111> αˊ∥<110>γ
[-111] (110)
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
奥氏保温体化 临界温度
热
珠光体转变
加
冷
贝却 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。
• Martensite
M—马氏体
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M转f变开称称始为为进马马行氏氏马体体氏转转体变变转的的变终非。止恒而点温冷（性至温。M度f时）马。氏把体马转氏变体终的止降温。
（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）。
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。
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。
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%）
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。