潘金生《材料科学基础》(修订版)(名校考研真题 固态相变(Ⅱ)——马氏体相变)【圣才出品】

第12章　固态相变（Ⅱ）——马氏体相变

1．简述马氏体相变的基本特征。[西南交通大学2009、南京工业大学2008研]

答：马氏体相变是指晶体在外加应力的作用下通过晶体的一个分立体积的剪切作用，以极其迅速的速度而进行的相变，马氏体相变是固态相变的基本形式之一。马氏体相变的基本特征表现为（主要为前两点）：

（1）无扩散性。马氏体相变时无需原子的扩散，没有原子的混合与再混合过程。新相M与母相A的化学成分完全相同。

（2）切变性，具体体现为：

①相变的协调一致性。A→M（FCC→BCC）。通过原子的整体协调运动（切变），晶体结构从FCC变成BCC。原子的移动距离小于原子间距。

②表面浮凸效应。在经过抛光的表面，若发生马氏体转变，在切变时，将产生表面浮凸效应。这是由于点阵形变在转变区域中产生形状改变。

③惯习面。M总是在母相的特定晶面上析出，伴随着M相变的切变，一般与此晶面平行，此晶面为基体与M相所共有，称为惯习面。

④新相与母相之间存在确定晶体学位向关系。两种著名的取向关系（钢的M转变），即K-S关系和西山关系。实际材料的马氏体转变，一般与上述关系存在几度的偏差。

（3）马氏体相变时伴随有点阵畸变。

（4）马氏体转变存在开始温度M s和终了温度M f（或M z）。

2．指出并解释马氏体相变的特征。[清华大学2003研]

答：马氏体的相变特征：无扩散性、具有表面浮突和切变共格性、存在惯习面及其不

（1）无扩散性

相变过程不发生成分变化，参与转变的所有原子运动协同一致，相邻原子的相对位置不变，而且相对位移量小于一个原子间距。

（2）具有表面浮突和切变共格性

马氏体相变产生均匀切变或称为点阵切变，造成结构变化，试样表面出现浮突现象，马氏体和母相之间的界面为共格界面。

（3）存在惯习面及其不应变性

马氏体在母相的一定晶面上形成，此晶面成为惯习面。惯习面是一个无畸变不转动的平面。

（4）新相和母相之间有严格的取向关系

马氏体和母相之间主要有以下位向关系：①K-Ｓ关系；②G-T关系；③西山关系。

（5）马氏体具有内部亚结构

除了点阵切变外，马氏体相变还要发生点阵不变切变，依靠滑移或孪生完成，在马氏体内部形成位错或孪晶亚结构。

（6）马氏体具有逆转变现象

将马氏体以足够快的速度加热，马氏体可以不分解而直接转变为高温相。

3．马氏体的强化要素有哪些?请详细说明马氏体的强度和韧性与其含碳量、组织形态及亚结构的关系。[北京工业大学2009研]

答：马氏体的强化要素有碳原子的间隙固溶强化作用；C原子团簇对位错的钉扎作用；C原子进入马氏体晶体结构的扁八面体中心，造成非对称点阵膨胀（形成畸变偶极应力场），

马氏体的强度和韧性与其含碳量、组织形态及亚结构密切相关。铁碳合金中，含碳量w C＜0.3％，形成板条状马氏体，具有位错亚结构，强度较低，塑性和韧性好；

w C＞1.0％，形成片状马氏体，具有孪晶亚结构，强度高，但塑性和韧性差；

0.3％＜w C＜1.0％，形成板条马氏体+片状马氏体的混合组织，具有位错和孪晶的混合亚结构，可获得优良的强韧性综合性能。

4．简述马氏体高强度的本质。[西安理工大学2008研]

答：马氏体具有高强度的原因是多方面的，其中主要包括相变强化、固溶强化和时效强化等。

（1）相变强化：马氏体相变的切变性造成在晶体内产生大量的微观缺陷（位错、孪

晶以及层错），使马氏体得到强化。

（2）固溶强化：过冷奥氏体切变形成马氏体时，使得α相中的C％过饱和，C原子

位于α相扁八面体中心，C原子溶入后形成以C原子为中心的畸变偶极应力场，这个应力场与位错产生强烈的交互作用，使马氏体的强度升高。

（3）时效强化：溶质原子（C、N）偏聚到位错线处，钉扎位错使得马氏体的强度升高。

（4）相界强化：M板条、片尺寸小，界面增加，位错阻力增加，强度、硬度增加。

（5）细晶强化：原始晶粒细小，M尺寸小，强度、硬度增加。

（6）化学成分：加入碳化物形成元素Cr、W、Mo、V等，降低扩散系数，反之亦然；加入A组元，使B组元熔点降低，则扩散系数提高，反之亦然。