第２０卷第３期 ２ ０ ０ ２年９月 西安航空技术高等专科学校学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘｉ’ａｎ Ａｅｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｖｏ１．２０Ｎｏ．３ Ｓｕｐ．２ ０ ０ ２
钢的马氏体相变
刘晓婷
（西安航专机械系，西安７１００７７）
摘要：热处理的淬火工艺对材料性能有着很重要的影响。对淬火组织马氏体的认识尤显重要。通过对马氏 体相变的深刻分析与研究，能更进一步认识马氏体的本质。特别是希望马氏体相变在更高的温度下完成，这 对减小淬火变形和裂纹有着十分重要的意义。 关键词：马氏体相变；碳的质量分数；马氏体 中图分类号：ＴＧ１５１．２文献标识码：Ａ文章编号：１００８—９２３３（２００２）０３—００５７—０３
为了纪念著名的德国冶金学家Ａｄｏｌｐｈ
Ｍａｒｔｅｎｓ，法国著名冶金学家Ｏｓｍｏｎｄ建议将碳钢经
淬火所得到的高硬度相称为马氏体，并因此而将得
到马氏体的相变过程称为马氏体相变，但广义的马
氏体相变的含义是：凡是符合马氏体相变基本特征
的相变都称为马氏体。因而马氏体相变不仅在钢的
相变中存在，而且在某些合金系的相变中也存在：如
纯铁在３００００℃／－￣６＂冷却时也有马氏体相变，而且Ｆｅ
—Ｍｎ，Ｆｅ—Ｎｉ—Ｔｉ等这些合金中也有马氏体相变
过程。马氏体相变存在于多种合金系中。
钢的马氏体相变也是由形核和核长大两个基本
过程组成，但与其它相变比较又有以下几个特点：
１ 马氏体相变是无扩散型相变
因为相变前后化学成分不变，新相（马氏体）和
母相（奥氏体）碳的质量分数相同，只是晶格结构由
面心立方晶格转变成了体心正方晶格而且马氏体相
变可以在一１９６＂Ｃ～一２９６℃低温下进行，这样低的
温度原子扩散极困难，所以相变不可能以扩散方式
进行，因此马氏体相变过程中，原子有规则移动，原
来相邻的原子相变以后仍然相邻，原子不发生扩散
就可以发生马氏体相变。马氏体的实质就是：碳被
迫留在晶格中成为碳在ａ—Ｆｅ中的过饱和固溶体。
不锈钢的马氏体相变
不锈钢是一种在各种环境条件下都具有高度耐腐蚀性的合金。其名称源于其成分中含有的高比例铬元素，这有助于防止材料在暴露于氧气和其他腐蚀性物质时发生氧化。不锈钢根据其微观结构，可以分为不同的类型，其中最常见的是奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢。
马氏体相变是金属材料的一种重要现象，尤其是不锈钢。在本文中，我们将深入探讨不锈钢中的马氏体相变，包括其定义、影响因素以及与不锈钢性能的关系。
一、马氏体相变的定义
马氏体相变是一种固态相变过程，发生在铁基合金中，特别是在不锈钢中。当温度降低时，奥氏体不锈钢会通过马氏体相变转变成一种硬且脆的同素异形体，称为马氏体。这种转变是热力学上的自发过程，通常伴随着体积的膨胀和磁性的改变。
二、马氏体相变的影响因素
1. 温度：马氏体相变通常在特定的温度以下发生。对于大多数不锈钢，这个温度大约在200°C至300°C之间。
2. 合金成分：不同类型的不锈钢具有不同的马氏体相变温度。这主要取决于其合金成分，特别是碳和其他合金元素的比例。
3. 应力和应变：应力和应变状态也会影响马氏体相变。例如，淬火可以提高材料的硬度，这是由于马氏体相变和随后的组织结构变化。
三、马氏体相变与不锈钢性能的关系 马氏体相变对不锈钢的性能有重要影响，主要包括以下几个方面：
1. 机械性能：马氏体相变会导致不锈钢的硬度增加，从而提高其耐磨性和耐腐蚀性。然而，这也可能导致材料变脆，特别是在较低温度下进行淬火处理时。
2. 耐腐蚀性：马氏体相变对不锈钢的耐腐蚀性有双重影响。一方面，由于硬度增加，材料更难以被腐蚀；另一方面，淬火处理可能会在材料表面形成微裂纹，从而降低耐腐蚀性。
3. 磁性和热性能：马氏体相变还影响不锈钢的磁性和热性能。例如，某些类型的马氏体不锈钢具有高磁导率，这在某些应用中是有利的。此外，马氏体相变也影响不锈钢的热导率和热膨胀系数。
四、不锈钢中马氏体的应用场景
由于马氏体相变对不锈钢的性能有显著影响，这种相变在许多应用场景中都得到了利用。例如：
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
目录[隐藏]
马氏体相变
相变特征和机制
马氏体的惯习（析）面
马氏体相变的可逆性
马氏体转变的温度－时间关系
工业应用
马氏体相变的研究
参考书目：
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马氏体相变
马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中发现的：将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。1895年法国人奥斯蒙（F.Osmond）为纪念德国冶金学家马滕斯（A.Martens）,把这种组织命名为马氏体(Martensite)。人们最早只把钢中由奥氏体转变为马氏体的相变称为马氏体相变。20世纪以来，对钢中马氏体相变的特征累积了较多的知识，又相继发现在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变,如:Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。目前广泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体（见固态相变）。
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相变特征和机制
马氏体相变[1]具有热效应和体积效应，相变过程是形核和长大的过程。但核心如何形成，又如何长大，目前尚无完整的模型。马氏体长大速率一般较大，有的甚至高达10cm·s。人们推想母相中的晶体缺陷（如位错）的组态对马氏体形核具有影响，但目前实验技术还无法观察到相界面上位错的组态，因此对马氏体相变的过程，尚不能窥其全貌。其特征可概括如下：
马氏体相变是无扩散相变之一，相变时没有穿越界面的原子无规行走或顺序跳跃，因而新相（马氏体）承袭了母相的化学成分、原子序态和晶体缺陷。马氏体相变时原子有规则地保持其相邻原子间的相对关系进行位移,这种位移是切变式的（图1）。原子位移的结果产生点阵应变(或形变)（图2）。这种切变位移不但使母相点阵结构改变，而且产生宏观的形状改变。将一个抛光试样的表面先划上一条直线，如图3a中的PQRS，若试样中一部分(A1B1C1D1-A2B2C2D2)发生马氏体相变(形成马氏体),则PQRS直线就折成PQ、QR'及R'S'三段相连的直线,两相界面的平面A1B1C1D1及A2B2C2D2保持无应变、不转动，称惯习（析）面。这种形状改变称为不变平面应变（图3）。形状改变使先经抛光的试样表面形成浮突。由图4可见,高碳钢马氏体的表面浮突，它可由图5示意,可见马氏体形成时,与马氏体相交的表面上发生倾动,在干涉显微镜下可见到浮突的高度以及完整尖锐的边缘（图6）。 [编辑本段]
