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第五章马氏体转变解析

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马氏体相变

马氏体相变
生产实际常见，这类马氏体降温形成，马氏体形成速度
极快，特点：马氏体降温瞬间形核，瞬间长大，可以认为 马氏体转变速度取决于形核率而与长大速度无关。 马氏体转变量取决于冷却所达到的温度，而与时间无关。
2、等温形成马氏体的动力学
特点：马氏体等温形核，瞬间长大，形核需要孕育期，形核率 随过冷度增大而先增后减，转变量随等温时间延长而增加。等 温转变动力学图呈C字形。
各种马氏体的晶体结构、惯习面、亚结构、位向关系汇总表
2、影响马氏体形态及亚结构的因素
化学成分 马氏体形成温度 奥氏体的层错能 奥氏体与马氏体的强度 主要是化学成分和马氏体形成温度
化学成分：片状马氏体的组织形态随合金成分的变化而改变。
对于碳钢： 1）C%＜0.3%时， 板条马氏体； 2）0.3%～1.0%时，板条和透镜片状混合的马氏体； 3）C% >1.0%时， 全部为透镜片状马氏体。并且 随着C%增加，残余奥氏体的含量逐渐增加。 合金元素： 1）缩小γ相区，促进板条马氏体。 2）扩大γ相区，促进透镜片状马氏体。
特征5：转变的非恒温性和不完全性
1. 奥氏体以大于某一临界冷却速度的速度冷却到某一温度（马氏 体转变开始温度Ms），不需孕育，转变立即发生，并且以极大 速度进行，但很快停止，不能进行终了。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即Mf 。 2. 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。

热处理原理及工艺马氏体贝氏体转变

热处理原理及工艺马氏体贝氏体转变

二、马氏体的韧性
（1） 通常C%＜0.4%时 M具有较高的韧性，碳含 量越低，韧性越高； C%＞0.4%时，M的韧性 很低，变得硬而脆，即使 经低温回火韧性仍不高。
（2）除C%外，M的韧性与其亚结构有着密切的关系，在 相同的屈服极限的条件下，位错型M的韧性比孪晶M的韧 性高很多。
总结 马氏体的强度主要决定于马氏体的碳含量及组织结构
热处理原理及工艺
(9)
第五章 马氏体转变
§5－6 马氏体的性能
淬火得到马氏体是强化钢制工件的重要手段。 淬成马氏体后，虽然还要进行回火，但回火后所得的性 能在很大程度上仍决定于淬火所得的马氏体的性能。 对工模具，重要是硬度和耐磨性，对结构件，需要硬度、 强度与塑性、韧性的配合。
一、马氏体的硬度与强度 马氏体的硬度与屈服强度之间有很好的线性对应关系，
（包括自回火时的时效强化）， 马氏体的韧性主要取决于马氏体的亚结构，低碳的位错 型马氏体具有相当高的强度和良好的韧性，高碳的孪晶马 氏体具有高的强度，但是韧性很差。
三、马氏体相变塑性
• 金属及合金在相变过程中屈服强度显著下降，塑性显著增
加，这种现象称为相变塑性。
•马氏体的相变塑性：钢在马 氏体转变时也会产生相变塑性 现象，称为马氏体的相变塑性。 • Fe-15Cr-15Ni合金在不同温 度下进行拉伸，在Ms～Md温 度，延伸率有了明显升高，这 是形变诱发马氏体相变，马氏 Fe-15Cr-15Ni合金在的相变诱发塑性 体形成又诱发塑性所致。
四、马氏体的物理性能
1、比容 M组织的比容较大，M形成时比容的增大，造成钢淬
② 当C%超过0.4%后，由于碳原子靠得太近，相邻碳原 子所造成的应力场相互重迭，以致抵消而降低了强化 效应。

热处理原理之马氏体转变

热处理原理之马氏体转变
热力学第二定律
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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金属材料热处理原理 第五章 马氏体转变

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。

第五章马氏体转变ppt课件

第五章马氏体转变ppt课件

采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
5.1.2
马氏体的晶体结构
1 钢中马氏体晶体结构特点 C 在α-Fe 中的过饱和固溶体。 ——亚稳；单相 C 位置：扁八面体间隙， R间隙0.19Å，RC 0.77 Å ——晶格畸变较严重
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
（2）反常轴比现象：
实际中马氏体 的晶体结构除与 C 含量有关 外，还与 C 原子位置的变化有关，在某些条件 下可能出现反常轴比现象：
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
共析碳钢 CCT曲线A1
Ms
Mf Vc
奥氏体化的钢，以>Vc的速度冷却时， 过冷奥氏体冷却到Ms温度以下，转变为马 氏体，这种操作叫淬火。马氏体是强化钢材 的重要组织。
与K-S关系
比较 差1 ° 差2 °
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
（
011
）
＇
(111 )
10 1 , 11 1 ＇
（
011
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(111 )
10 1 , 11 1 ＇
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物

《马氏体转变 》课件

《马氏体转变 》课件

形状记忆合金
利用马氏体转变实现材料的形状 记忆和超弹性特性。
马氏体转变的挑战
1 不均匀性
2 疲劳行为
金属中马氏体的分布不均 匀，形成缺陷和应力集中。
马氏体转变会影响材料的 疲劳行为和寿命。
3 加工性
马氏体转变会导致材料的 形变和变形困难。
结论和要点
1 马氏体转变是金属中 2 马氏体形成受晶体排 3 马氏体转变包括自发
《马氏体转变》PPT课件
马氏体转变是金属中发生的一种相变过程，对材料的性能和结构具有重要影 响。本课件将介绍马氏体转变的定义、形成、类型、影响因素，以及应用、 挑战、结论和要点。
什么是马氏体转变？
1 定义
马氏体转变指的是金属在冷却或加热过程中，从一种晶体结构转变为另一种晶体结构的 过程。
马氏体在金属中的形成
的相变过程。
列、变形和条件的影
转变、应力诱导转变
响。
和相变时效。
4 合金成分、冷却速率和应力状态是
马氏体转变的影响因素。
5 马氏体转变在材料工程和实际应用
中具有重要意义。
马氏体转变的影响因素
合金成分
• 改变马氏体转变温度和 转变形式。
冷却速率
• 影响晶体的尺寸和形状。
应力状态
• 可以诱导或抑制马氏体 转变。
实例展示：马氏体转变的应用
马太效应
在合金中形成大颗粒马氏体，提 高金属材料的强度和韧性。
马氏体不锈钢
通过控制马氏体转变，获得具有 高强度和耐腐蚀性能的不锈钢。
1 晶体排列
马氏体形成受金属原子排列的变形和具体条件，如温度、压力和合金化元素的存在，对马氏体形成有重要作用。
马氏体转变的类型
自发转变

材料科学基础马氏体转变

材料科学基础马氏体转变
强化要素－C原子的固溶强化作用
A－C原子进入正八面体中心，点阵对称膨 胀M－C原子进入扁八面体中心，畸变偶极应力 场硬化要素
间隙固溶强化作用；晶界、位错、孪晶的强 化作用；C原子团簇的位错钉扎作用
固态相变
马氏体的塑性和韧性与其含碳量、组织形态 及亚结构密切相关。一般地，铁碳合金中， w(C)<0.3%，形成板条M，塑性和韧性好； w(C)> 1.0%,形成片状M,塑性和韧性差； 0.3－1.0%C之间形成板条M+片状M的混 合组织,可能获得良好强韧性。
固态相变
固态相变
(112)f K-S二次切变
N-W二次切变
3.G-T机制
固态相变
4. 晶体学表象理论
（Wechsler-Read-Lieberman, WLR理论）
不解释原子如何移动导致相变，而只根据转变起 始和最终的晶体状态，预测马氏体转变的晶体学 参量。 前提条件：惯习面为不变平面
(1)通过Bain形变得到马氏体点阵 (2)为得到无畸变的惯习面，需引入一个适当的 点阵不变切变，这种点阵不变切变可以通过微区 滑移或孪生实现。 (3)进行整体的刚性旋转使非畸变平面恢复到初 始的位置。
四、马氏体转变化曲线 临界化学驱动力：
DGT =Ms = DS (T0 - MS )
马氏体转变在较大的过冷度下才能发生 原因：M转变将引起形状和体积变化，产 生很高的应变能。只有相变驱动力大得足 以克服因高应变能所造成的相变阻力，新 相才有生长的机会。
固态相变
六、马氏体相变表象理论
1. Bain模型 z=z’
x’ x
固态相变
y y’
固态相变
K－S关系
2. K-S和N-W机制
点阵以(111)f为底面，按ABCABC的次序 自下而上堆垛。 切变进行步骤：

马氏体转变

马氏体转变

分类
马氏体转变按动力学特征可以分为4大类。
（1）变温马氏体转变。马氏体形成量仅取决于冷却到达（Ms以下）的温度，而与保温时间或冷却速度无关。 同一合金系中成分不同的合金，虽然Ms值不同，但马氏体形成量（f，体积分数）与（Ms-Tq）的关系相同。
（2）等温马氏体转变。少数铁基马氏体转变具有类似扩散型相变的动力学特征，在Ms以下有孕育现象，转 变速度与温度之间具有带极大值的函数关系。
图1
特征
马氏体转变的主要特征为：
（1）宏观形状效应。不但有体积变化，而且有形状变化。如图2所示，在母相的自由表（平）面上，转变成 马氏体的那块面积发生一定角度的倾斜，并仍保持为平面。由此带动邻近的母相呈山峰状凸起（另一侧下凹）， 原始态表面的直线刻痕转入新相后仍为直线，在界面处不断开，保持连续。
图2
（2）非扩散。生成相与母相成分相同，以共格或半共格界面为生长相界面，故不存在相界面迁移的热激活机 制。形核率和长大速度皆与扩散型转变的热动力学处理结果显著不符。
（3）惯习现象。生成相的片、板的空间取向不是任意的，而是平行于母相的某个晶面（称为惯习面）。作为 母相的一个原子面，惯习面在相变过程中既不畸变，也不转动，是不变平面。图3是对图2的局部作进一步标注， a′b′ab面发生转动，面积也有变化;但AB线段长度不变，方向也不变。作为母相的一个原子面，ABCD在相变过 程中既无畸变，又不转动，连位置都没有变化（称中脊面）。a′b′c′d′和abcd两面仅有平移，无畸变及转动。 惯习面是母相中与ABCD同族的晶面，马氏体片只能在这族晶面的空间方位产生。
研究简史
19世纪中叶，英国人索尔拜（）首次用显微镜观察了淬硬钢的金相组织，后对此种针状组织物命名为马氏体。 图1示出高碳钢淬火态的金相组织，针状物（其空间形态为板片状）为马氏体，基底为残留奥氏体。20世纪20年 代，美国人芬克（）和苏联人库尔久莫夫（Г.В.Курдюмов）分别用X射线衍射技术确定了钢中马氏体 的本质：体心正方结构，碳在a-Fe中的过饱和固溶体，奥氏体在非平衡（大过冷）条件下转变成的一种介稳相。 到50年代，不但积累了大量有关钢中马氏体转变的技术资料，而且还发现在一系列有色合金及某几种纯金属中也 发生相似的转变。在此基础上，逐渐认识到，以钢中马氏体形成为代表的相变，是一种与历来了解的固态扩散型 晶型转变具有本质区别的固态一级相变——非扩散的晶型转变，定名为马氏体转变。各种合金系中经马氏体转变 形成的低温产物皆称为马氏体，如钛合金中马氏体、铜合金中马氏体等。马氏体转变是金属热处理时发生的相变 的基本类型之一，对钢的强化热处理及形状记忆合金的应用技术具有重要意义。

第五章马氏体转变

第五章马氏体转变

方晶格。

致使马氏体具有体心正方晶格（
Flash Player Movie
单晶体孪'
马氏体转变切
变示意图
马氏体转变产生的表面浮凸
马氏体形成时引起的表面倾动
原子切变变化位置
M
共格切变A
母相点阵上原子从一种排列转变到另一种排列，原来相邻两个原子在相变后仍然相邻，它们之间相对位置不超过一个原子间距。

即碳原子没有经过扩散就可进行马氏体转变。

转变时马氏体与奥氏体存在位向关系和惯习面
f.c.c b.c.c
{011}M
{111}A
{111}A
12种
取向
{011}M
{111}A b.c.c M
{111}A
Flash Player Movie M f
Ms M(50%)M(90%)
Y
但此模型不能解释表面浮凸效应和惯习面。

<112>
将三层相邻（０１１）面对某一层作垂直投影°28
<110>
第三层
120°
°28
<112>
<110>
70°32′
°28
120°
109°28′
<110>。

第5章-马氏体相变

第5章-马氏体相变

Ms点：奥氏体和马氏体两 相自由能差达到相变所需 最小驱动力值时的温度。
To一定时， Ms点越低， 相变所需的驱动力越大。
G= S(T0-MS) As点：马氏体和奥氏体两相
自由能差达到逆相变所需 最小驱动力值时的温度。
G = S(AS-T0)
To、 Ms、 As与合金成分的
关系如图。 Ad
不完全奥氏体化时，提高加热温度和延长保温 时间使Ms下降；
晶粒细化，则切变阻力增大，也使Ms下降。
4、淬火冷却速度的影响
如图：在淬火速度 较低或较高时， 出 现Ms点保持恒定的 台阶，在两种淬火 速度之间， Ms随淬 火速度的增大而升 高。
5、磁场的影响
钢在磁场中淬火冷却时将诱发马氏体相变，但马氏体 最终转变量不发生变化。
二、马氏体相变的无扩散性
在较低温度下，碳原子和合金元素的原子扩散已很困难， 马氏体相变是在原子基本不发生扩散的情况下发生的，原 子之间的相对位移不超过一个原子间距。无扩散型相变
所有参与转变的原子的运动是协调一致的，原有原子的邻 居关系不被破坏。
结构：晶体点阵发生改组。 条件：低温下，原子已不能扩散。 特点：新相和母相的化学成分相同；新相和母相间有一定
{111}//{110}’， 〈112〉//〈110〉’
(110)
钢中马氏体的惯习面随碳含量和形成温度的不同而异，有 {111}、 {225}、 {259}。 惯习面是无畸变不转动的平面。
四、在一个温度范围内完成相变
当奥氏体过冷到马氏 体相变开始点Ms点以 下时，马氏体即刻开 始转变，且转变速度 极快，但需继续降温， 否则转变停止。
马氏体转变量是温度 的函数，而与等温时 间无关。
当A过冷到马氏体相变终了 点 Mf 以下时，马氏体停止 转变，此时未转变的奥氏体 称为残余奥氏体。

第五章马氏体转变

第五章马氏体转变
小结：比较片状M和板条M的第区五章别马氏体转变
第五章马氏体转变
3.其它形态的马氏体 1）混合马氏体
c0.3% 板条M 0.3%c1% 板条M+ 片M c1% 片M
2）蝶状马氏体 Fe-Ni合金或Fe-Ni-C
混合M
蝶状M
立体形态：细长杆状
断面：蝴蝶形
两翼结合部分—像片M的中脊，向两侧长成取向不同（孪晶）的两片M
亚结构：高密度位错，未发现孪晶状马氏体：Ms点极低的Ni钢 立体形状：薄片状 金相：细带状，相互交叉、分枝、曲折 亚结构：由{112}’孪晶组成，但无中脊 惯习面：{259} 符合K-S关系 4）马氏体:Cr-Ni（Mn）不锈钢、高锰钢 密排六方结构 立体形态：极薄片状 厚1000~3000埃 亚结构：大量层错 层错能低易形成 取向关系：{111}//{1000}；[110]//[1120] 惯习面：{111}
T t 利于C及合金元素溶入A，成分均匀---- Ms
A晶粒长大，C原子活动能力在A中位错线上偏聚 ---- Ms
A晶粒的大小不是影响Ms点的主要因素
4.存在先马氏体的组织转变
应用：高速钢的等温淬火工艺
1）部分转变为P剩余A为贫碳区（相对）----Ms
2）部分转变为B剩余A为富碳区（相对）----Ms
第五章马氏体转变
应变诱发M与形变度的关系：在Ms~Md温度范围内塑性形变度越大，则形变
诱发M的形成量越多，但形变对随后冷却时继续发生的M转变起抑制作用。
原因：大量塑性变形在A中引起的晶体缺陷组态强化了母相，阻碍M的形成。
在 Md进行塑变 少量塑变----促进M转变
大量塑变----抑制M转变
3.奥氏体化条件
无序分布、完全有序分布、部分有序分布

马氏体的转变

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。

马氏体转变

马氏体转变

§ 1—4 马氏体转变钢经奥氏体化后，快速冷却，抑制其扩散性分解，在较低温度下发生的转变，为马氏体转变。

马氏体转变是钢件热处理强化的主要手段之一。

因此，马氏体转变理论的研究与热处理实践有着十分密切的关系。

早在战国时期，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提高钢的硬度。

经过淬火的钢制宝剑可以“销铁如泥” 。

但是在当时，对于淬火能提高钢的硬度的本质还不清楚。

直到十九世纪未期，人们才知道，钢在加热与冷却过程中，内部相组成发生了变化，因而引起了钢的性能的改变。

为了纪念在这一发展过程中作出杰出贡献的德国冶金学家Adolph Marte ns （阿道夫，马顿斯），法国著名的冶金学家Osmo nd （奥斯门德）建议将钢经淬火所得高硬度相称为马氏体，并因此而将得到马氏体相的转变过程称为马氏体转变。

马氏体的英文名称为-Martensite，常用M表示。

由于钢在生产上得到了最广泛的应用以及马氏体转变最先在钢的淬火过程中发展，因此，在十九世纪未，二十世纪初对马氏体的研究，主要局限于研究钢中的马氏体转变及转变所得的马氏体。

二十世纪三十年代，人们用X射线结构分析方法测得钢中马氏体是C溶于a -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中a -Fe 的过饱和间隙固溶体。

对于马氏体转变的研究，初期着重于了解马氏体转变与钢中其它转变的不同点，正是由于观察到了一系列不同于其它转变的特点，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。

不仅观察到了冷却过程中发生的马氏体转变，还观察到了加热过程中所发生的马氏体转变。

新观察到的马氏体转变的特征和钢中马氏体转变的特征相似，基于这一新的发现，人们不得不把马氏体的定义修正为：凡相变的基本特征属于马氏体型的产物统称为马氏体。

钢的热处理-马氏体转变

钢的热处理-马氏体转变

２．西山关系（Ｎ关系）
西山在Fe-30%Ni合金中首先测定出另一种位 向关系。Ｎ关系和Ｋ－Ｓ关系之间相差 5°16'。
111
// 011
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12
K-S关系示意图
西山关系示意图
３．Ｇ-Ｔ关系
格伦宁格和特洛亚诺在研究Fe-22%Ni-0.8%C 时发现G-T关系。位于Ｋ－Ｓ关系和Ｎ关系之 间。只有少部分铁合金的片状马氏体具有这种 位向关系，一般工业用钢中不存在。
马氏体组织基本全是板条马氏体。 （２）中碳结构钢中的马氏体 淬火后一般为板条马氏体和针状马氏体的混合
组织（基本无残余奥氏体）（45、40Cr）。 （３）高碳工具钢中的马氏体 淬火组织全部为针状马氏体。一般正常淬火工
艺得到的是渗碳体加隐晶马氏体。
二、影响马氏体形态及其亚结构的主要因素
１．Ms点 一般规律是， Ms点高，淬火容易得到板条 马氏体， Ms点低，易形成片状马氏体。 严格地说，决定马氏体形态及其亚结构的 不是Ms点，而是马氏体的形成温度。实验 证明，同一成分的合金在连续冷却时，由 于马氏体实际上是在不同温度形成的，因 而 具 有 不 同 的 形 态 。 例 如 ， Fe-30%Ni0.2%C 合 金 ， 由 奥 氏 体 状 态 到 -200℃ ， 依 次得到板条马氏体、蝴蝶状马氏体、透镜 状马氏体及薄板状四种形态马氏体。
1%的合金元素对Ms点的影响 元素 Mn Cr V Ni Mo Cu Si Co Al ℃ -45 -35 -30 -26 -25 -7 0 12 18
自由能
M
A F
T4 T1 T3 T T2
T0 温度
合金元素对Ms点的影响原因分 析
２．其它因素对Ms点的影响 （１）奥氏体晶粒大小的影响
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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。
（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）。
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。
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。
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。
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”。 Nhomakorabea•
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。
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。
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
• 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。
{110} αˊ∥{111}γ； <111> αˊ∥<110>γ
[-111] (110)
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
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：
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
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。
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%）