马氏体相变的基本特征
热弹性马氏体相变
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热弹性马氏体弛豫特性
• 母相的本征内耗随振动频率的降低而衰减，在某一临界频率下出现内耗峰。 • 随着等温测量温度的降低， 内耗峰的峰高增加，峰位降低，这说明马氏体相变前母相内部已经发生了预相
热弹性马氏体基本特征
• 1.热弹性马氏体的组织呈细带状 (或针状)。 • 2.热弹性马氏体相变的驱动 力(非化学自由能差)较小，比钢的
马氏 体相变小1一2个数量级。除锢钦合金 外，几乎所有的热 弹性马氏体的母相都 呈有序态。形状应变切应力较小，体积 变 化较小。 • 3.热弹性马氏体相变的热滞面积 较小，几乎是零。热弹性马氏 体相变时不存在爆发式相 变。 • 4.一部分具有热弹性马氏体相变的合金具有形状记 忆效应。
• 一般来讲，当P相具有有序结构时这些条件便可得到满足。
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变， 该弛豫为滞弹性弛豫。
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• CuAlNi合金中的热弹性马氏体冷却时缓慢长大，受热时缓慢缩小 情况的光学显微照片。当施加外力时也可观察到同样的长大或缩 小行为（∵外力会改变晶体中的弹性应变能）。
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热弹性马氏体相变产生条件
• 为了使热弹性马氏体相变产生，界面能和塑性变形所需的能量必须小到可以忽略不计的程度。这就表明相 变时结构变化要小，即体积变化要小，而且P相和M相之间相界面的共格性要好。
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热弹性马氏体相变热力学特点
第四章 马氏体相变
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Yuxi Chen Hunan Univ.
特征2：马氏体转变的无扩散性
马氏体转变时，晶体点阵的改组只依赖原子微 量的协作迁移，而不依赖于原子的扩散。这一 特征称为马氏体转变的无扩散性。
1）只有晶体结构的变化，没有成分的变化。 2）无扩散并不是说转变时原子不发生移动。
注意间隙原子碳的扩散，区别于置换原子的扩 散。
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。
马氏体转变最主要的和最基本的只有两个：切变共格 性和无扩散性。其他的特点可由这两个特点派生出来。
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Yuxi Chen Hunan Univ.
第二节 马氏体的晶体结构
2、一般钢中马氏体的晶体结构
马氏体转变时只有点阵的改组而无成分的 变化，转变所得的马氏体与其母相奥氏体 的成分一致。
碳原子位于面心立方奥氏体的八面体间隙， 马氏体相变后，碳原子依然位于体心立方 的马氏体八面体间隙，但体心立方马氏体 的八面体是扁八面体，两个轴中有一个轴 是短轴。
终了。
为使转变继续进行，必须继续降低温度，所以马氏体
转变是在不断降温的条件下才能进行。
当温度降到某一温度之下时，马氏体转变已不能进行，
该温度称为马氏体转变终了点，Mf 。
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Yuxi Chen Hunan Univ.
马氏体转变量是温度的函数，与等温时间无关。
马氏体的降温转变称为马氏体转变的非恒温性。
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。
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。
马氏体相变的基本特征
马氏体相变的基本特征一、马氏体相变的概念及基本过程马氏体相变是指在一定条件下，由奥氏体向马氏体的转变。
奥氏体是指碳钢中的一种组织结构，具有良好的塑性和韧性，但强度和硬度较低；而马氏体则是碳钢中另一种组织结构，具有较高的强度和硬度，但韧性较差。
因此，在特定情况下将奥氏体转变为马氏体可以提高材料的强度和硬度。
马氏体相变的基本过程包括两个阶段：淬火和回火。
淬火是指将钢件加热至适宜温度后迅速冷却至室温，使其形成完全马氏体组织；回火是指将淬火后的钢件加热至适宜温度后进行恒温保持一段时间，然后缓慢冷却至室温，使其形成具有良好韧性和适当硬度的马氏体-贝氏体组织。
二、影响马氏体相变的因素1. 淬火介质淬火介质的选择对马氏体相变的影响非常大。
常用的淬火介质包括水、油和空气等。
水冷却速度最快，可以使钢件形成完全马氏体组织，但易产生变形和裂纹；油冷却速度较慢，可以降低变形和裂纹的风险，但易产生不完全马氏体组织；空气冷却速度最慢，可以避免变形和裂纹，但难以形成马氏体组织。
2. 淬火温度淬火温度是指将钢件加热至何种温度后进行淬火。
淬火温度越高，钢件中残留奥氏体的含量越高，从而影响马氏体相变的程度。
一般来说，淬火温度越低，马氏体相变越充分。
3. 回火温度回火温度是指将淬火后的钢件加热至何种温度进行回火处理。
回火温度对马氏体-贝氏体组织的形成有重要影响。
过高或过低的回火温度都会导致组织不均匀或性能下降。
4. 淬火时间淬火时间是指将钢件放入淬火介质中的时间。
淬火时间越长，相变程度越充分，但也容易产生变形和裂纹。
三、马氏体相变的应用马氏体相变广泛应用于制造高强度、高硬度的零部件。
例如汽车发动机凸轮轴、齿轮、摇臂等零部件，以及航空航天领域中的发动机叶片、转子等部件均采用了马氏体相变技术。
此外，马氏体相变还可以用于制造刀具、弹簧等产品。
总之，马氏体相变是一种重要的金属加工技术，在提高材料强度和硬度方面具有重要作用。
了解其基本特征和影响因素有助于更好地掌握该技术，并在实践中取得更好的效果。
马氏体相变的特点
马氏体相变的特点
马氏体相变的特点
马氏体相变是金属和合金在温度变化时出现的一种结构变化现象，它的特点主要是结构的拉伸和缩紧。
一、温度变化范围狭窄
马氏体相变的温度变化范围很狭窄，一般是5℃左右，也有变化范围大于10℃的，但都不是很多。
二、变化量小
马氏体相变的变化量较小，长度变化很小，一般变化不超过0.1～
0.2%。
三、温度变化率大
温度变化率较大，当温度在马氏体相变范围内，由于结构的拉伸和缩紧，长度会变化很大，可达数十倍，温度变化率也很大，可达数百倍以上。
四、延展性差
马氏体相变的导热性能差，其密度和硬度较大，所以延展性也很差，一般变化不超过0.2％。
五、热力学易变
热力学可以显示马氏体相变时金属和合金的温度变化，以及在不同温度下状态的各项物理性能，如结构、强度、尺寸等。
六、熔化温度变化
马氏体相变还会影响金属和合金的熔化温度，一般情况下，熔化
温度会随着温度变化而变化。
马氏体
一、马氏体转变的基本特征 二、马氏体显微形貌和亚结 构 三、马氏体的特殊性能及应 用 马氏体： 马氏体： 在淬火过程中得到的高硬度生 成相。 成相。 马氏体型转变得到的生成相。 马氏体型转变得到的生成相。
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一、马氏体转变的基本特征 1 马氏体相变的无扩散性
体
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一、马氏体转变的基本特征 2 表面浮凸与切变共格
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一、马氏体转变的基本特征 3 惯习面及位向关系
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晶体学取向关系
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N-W关系： 关系： 关系 12种变体 种变体
K-S关系： 关系： 关系 24种变体 种变体
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二、马氏体微观形貌和亚结构
2．相变诱导塑性
施加应力和变形将改变马氏体的开始形成温度、 施加应力和变形将改变马氏体的开始形成温度、马氏体相变动力学 、马氏体的形态和性质。 马氏体的形态和性质。
3．形状记忆效应（SME） 形状记忆效应（SME）
形状记忆效应实质： 形状记忆效应实质：将完全或部分马氏体转变的工件形变后加热到 马氏体逆转变终止温度)点以上时， Af(马氏体逆转变终止温度)点以上时，将恢复到原来母相状态下所 给予的形状， 给予的形状，被记忆的是母相的形状 形状恢复原因： 形状恢复原因：由于形变所引起的组织上的变化因逆转变而消除
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板 条 马 氏 体
片 状 马 氏 体
低碳马氏体
高碳马氏体
位 错 马 氏 体
孪 晶 马 氏 体
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（3）其他形貌 Fe-Ni- 合金： 如Fe-Ni-C合金：蝶状马氏体和薄片马氏体
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。
马氏体的动态相变特征
马氏体的动态相变特征
马氏体是一种具有特殊相变特征的材料，其动态相变过程引人注目。
当马氏体处于高温相（奥氏体）时，它的晶格结构呈现出一种规则的立方晶系。
然而，当温度降低到马氏体的临界温度以下时，它会经历一个非常快速而引人注目的相变过程。
这种相变过程可以被描述为一种自发的、可逆的结构改变。
在这个过程中，马氏体从高温相转变为低温相（马氏体相），并伴随着晶格结构的不可逆性改变。
这种相变是由于奥氏体相中的晶格结构发生了微观位错的重排，形成了一种新的晶格结构。
马氏体的相变过程具有快速性和可逆性的特点，这使得马氏体在材料工程领域具有广泛的应用价值。
例如，马氏体的相变过程可以用于制备形状记忆合金材料。
在这种材料中，马氏体相的形状可以通过改变温度来控制，从而实现材料的自动变形。
马氏体的相变过程还可以用于制备超弹性材料。
在这种材料中，马氏体相的结构改变可以吸收外界应力，并在应力消失后恢复原状，从而实现材料的超弹性行为。
马氏体的动态相变特征不仅在材料工程领域有着重要的应用，还在生物医学领域具有潜在的应用价值。
例如，马氏体相变可以用于制备可控释放药物的微型输送器件。
通过改变马氏体相的结构，可以控制药物的释放速率和释放量，从而实现精确的药物输送。
马氏体的动态相变特征具有广泛的应用价值，并在材料工程和生物医学领域得到了广泛的研究和应用。
通过进一步深入研究马氏体的相变机制和调控方法，我们可以进一步发掘其潜在的应用价值，并为材料科学和生物医学领域的发展做出贡献。
马氏体
一.马氏体的定义马氏体是经无（需）扩散的，原子集体协同位移的晶格改组过程，得到具有严格晶体学关系和惯习面的，相变常产物中伴生极高密度位错，或层错或精细孪晶等晶体缺陷的整体组合。
马氏体相变：原子经无需扩散的集体协同位移，进行晶格改组，得到的相变产物具有严格晶体学位向关系和惯习面，极高密度位错，或层错或精细孪晶等亚结构的整合组织，这种形核----长大的一级相变，称为马氏体相变。
二.马氏体相变的基本特征1.马氏体相变的无扩散性在较低的温度下，碳原子和合金元素的原子均已扩散困难。
这时，系统自组织功能使其进行无需扩散的马氏体相变。
马氏体相变与扩散性形变不同之处在于晶格改组过程中，所有原子集体协同位移，相对位移量小于一个原子间距。
相变后成分不变，即无扩散，它3仅仅是成分改组。
2.位相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保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。
3.马氏体的精细亚结构马氏体是单向组织，在组织内部出现的精细结构称为亚结构。
低碳马氏体内出现极高密度的位错（可达1012/cm）。
今年来发现板条状的马氏体中存在层错亚结构。
在高碳钢马氏体中主要以大量精细孪晶（孪晶片间距可达30nm）作为亚结构，也存在高密度位错；有的马氏体中亚结构主要是层错。
有色金属马氏体的亚结构是高密度的层错、位错和精细孪晶。
4.相变的可逆性，即新旧相界面可逆向移动有色金属和合金中的马氏体相变多具有可逆性，包括部分铁基合金。
这些合金在冷却时，母相开始形成马氏体的温度称为马氏体点（Ms），转变终了温度标为Mf;之后加热，在As温度逆转变形成高温相，逆相变完成的温度标以Af。
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马氏体相变的基本特征
引言
马氏体相变是指固体材料经过快速冷却或机械应力作用后，在普通的冷处理条件下发生的晶体结构相变现象。
马氏体相变具有广泛的应用背景，在材料科学和工程领域具有重要的意义。
本文将从马氏体相变的定义、形成机理、基本特征以及应用方面进行探讨。
马氏体相变的定义
马氏体相变是指固体材料在冷却过程中经历组织相变，从高温相变为低温相的过程。
这种相变过程是一种固态相变，属于无序到有序的结构转变，通常发生在低温下。
马氏体相变的特点是快速、均匀和可逆的。
马氏体相变的形成机理
马氏体相变的形成机理主要涉及晶格畸变、原子扩散和位错运动等过程。
通常情况下，当固体材料经历冷却过程时，晶格会发生畸变，从而形成新的有序结构。
这种畸变能够通过原子的扩散来进行传播，并且位错运动也会促进马氏体相变的形成。
马氏体相变的基本特征
马氏体相变具有以下几个基本特征：
1.快速性：马氏体相变是一个快速的相变过程，通常在毫秒至微秒的时间尺度
内发生。
这种相变速度快的特点使得马氏体相变在某些应用中具有重要意义，比如形状记忆合金。
2.可逆性：马氏体相变是可逆的，即当加热到一定温度时，马氏体又会重新转
变为高温相。
这种可逆性使得马氏体材料可以多次进行相变过程，具有重复
使用的特点。
3.形状记忆效应：马氏体相变材料具有形状记忆效应，即在经历应力作用后，
材料可以保持其原来的形状。
这种形状记忆效应使得马氏体相变材料在机械
领域有广泛的应用，比如医疗器械和航空航天。
4.结构转变：马氏体相变是由无序的高温相向有序的低温相转变的过程。
在相
变中，晶格结构会发生改变，从而影响材料的力学性能和磁性能等。
马氏体相变的应用
马氏体相变具有广泛的应用背景，主要包括以下方面：
1.形状记忆合金：马氏体相变材料在形状记忆合金中有广泛的应用。
形状记忆
合金可以通过调控温度或应力来改变其形状，并且具有良好的可逆性和稳定
性。
这种特性使得形状记忆合金在医疗器械、汽车工业和航空航天等领域有
广泛的应用。
2.磁性材料：马氏体相变也在磁性材料中得到应用。
通过调控温度和磁场等条
件，材料的磁性可以发生相变。
这种相变可以用于开关、传感器和存储器等
磁性器件中，具有重要的应用价值。
3.功能材料：马氏体相变还可以用于制备具有特殊功能的材料，比如防护材料
和吸振材料。
这些材料可以通过材料的相变来实现对电磁波和振动的吸收和
隔离。
4.金属加工：马氏体相变在金属加工领域也具有重要意义。
通过调控温度和应
力等条件，金属材料可以通过马氏体相变来改变其结构和性能，从而实现更
好的加工性能。
结论
马氏体相变是固体材料在冷却过程中发生的晶体结构相变现象。
马氏体相变具有快速性、可逆性、形状记忆效应和结构转变等基本特征。
马氏体相变在形状记忆合金、磁性材料、功能材料和金属加工等领域有广泛的应用。
通过对马氏体相变机理的深入研究，可以进一步拓展其在材料科学和工程领域的应用前景。