马氏体转变

（1）显微组织：
马氏体呈板条状，一束束排列在原奥氏体晶粒内。 对某些钢因板条不易浸蚀显现出来，而往往呈块状， 所以有时也称为块状马氏体，又因为这种马氏体的亚 结构主要为位错，也常称之为位错型马氏体，这种马 氏体是由许多板条群组成的，也称为群集状马氏体。
在一个板条群内各板条的尺寸大致相同，这些板 条呈大致平行且方向一定的排列。
群。 同位向束内 板条体之间为 片与奥氏体晶界之间 ，片
小角晶界，板条群之间为大角 间交角较大，互相撞击，
晶界。
形成显微裂纹。
位 错 网 络 （ 缠 结 ）。 位 错 密 度 随 宽 度 约 为 5 0 Å 的 细 小 孪 晶 , 以 中 脊 为 中 心 组 成 相 变 孪 晶 区 ,
含 碳 量 而 增 在 ， 常 为 0.3~0.9× 随 Ms 点 降 低 ,相 变 孪 晶 区 增 大 。 片 的 边 缘 部 分 为 复 杂 的 位 1012cm /cm 3 有 时 也 可 见 到 少 量 错 组 列 。 孪 晶 面 为 （ 1 1 2 ） α ， 孪 晶 方 向 为 [ 1 1 - 1]α 。
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
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。
三、马氏体的组织形态
（一）马氏体的形态
1、板条状马氏体
低碳钢中的马氏体组织是由许多成群的、相互平行排 列的板条所组成，故称为板条马氏体。板条马氏体的亚
结构主要为高密度的位错，故又称为位错马氏体。
板条马氏体是低、中碳钢，马氏体时效钢，不锈钢等 铁系合金中形成的一种典型的马氏体组织。低碳钢中的 典型马氏体组织如下图
• 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
2. (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。
细小孪晶.
降温成核，新的马氏体片（板条）只在冷却过程中产生。
长 大 速 度 较 低 。 一 个 板 条 体 大 长 大 速 度 较 高 ， 一 个 片 体 大 约 在 1 0 -7 秒 内 形 成 。
约 在 1 0 -4 秒 内 形 成 。
无 “ 爆 发 性 ” 转 变 ， 在 小 于 50% 转 变 量 内 降 温 转 变 率 约 为 M s 小 于 0℃ 时 有 “ 爆 发 性 ”
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
铁碳合金马氏体类型及其特征
特
征
惯习面
位向关系
形成温度 合 金 成份
%C
组 织 形态
亚结构
形 成 过程
板条状马氏体
片
状
马
氏
体
（ 111） γ
（ 225） γ
（ 259） γ
K— S 关 系
K— S 关 系
西山关系
(111) γ ∥ ( 110) α
(111) γ ∥ ( 110) α
(111) γ ∥ ( 110) α
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。
（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。
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
1.马氏体的晶体结构（来自）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。
同位向束内马氏体板条是以小角度晶界相间的，而同位向束之间 则是以大角度晶界相间的。
（3）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
形成片状马氏体的钢和合金：出现于中、高碳 钢中、高Ni的Fe-Ni合金中，WC>1.0% 片状马氏体的形成温度：
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。
（2）晶体学特征
惯习面(225) γ 位向关系为K—S关系
惯习面(259) γ 位向关系为西山关系，可以爆发形成，马氏 体片有明显的中脊。
（3）亚结构
片状马氏体的主要亚结构是孪晶，这是片状马氏体的重要特征。
孪晶的间距大约为50Å，一般不扩展到马氏体片的边界上，在 马氏体片的边缘则为复杂的位错组列。
MS≈200～100℃（WC≈1.0～1.4%） MS<100℃（WC≈1.4～2.0%）
（1）显微组织
典型的马氏体组织形态见下图所示：
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。
{110} αˊ∥{111}γ； <111> αˊ∥<110>γ
[-111] (110)
[-101]
(111)
按K-S关系，马氏体在奥氏体中共有24种不同的空 间取向。
（2）西山关系 {110} αˊ∥{111}γ ； <110> αˊ∥<112>γ
按西山关系， 马氏体在奥氏体中只 有12种不同的空间取 向。
平 行 排 列 成 群 。 板 条 宽 度 多 为 叶 状 ） 中 间 稍 厚 。 初 生 者 个 初 生 片 之 间 常 见 到 “ Z” 字
0.1~0.2μ ， 长 度 小 于 10μ 。 一 较 长 ， 横 惯 奥 氏 体 晶 粒 ， 形 分 布 的 细 薄 片 。
个奥 氏体晶粒内 包含几个板条 次生者尺寸较小 。在初生
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。
[110] γ ∥ [ 111] α
[110] γ ∥ [ 111] α