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第四章 马氏体相变随着科学技术的发展和人们对材料性能的要求越来越高，材料相变的研究也成为了一个热门的领域。
其中，固态相变是最为基础和广泛的相变形式之一。
在这其中，马氏体相变是一个相对特殊和有意义的相变过程。
一、马氏体相变的定义和分类马氏体相变，是指在含碳钢中，当钢经过一定的热处理过程后，在室温下形成一种具有变形性能的组织结构。
其核心原理是在高温下形成一种奥氏体，然后通过快速冷却过程，在室温下形成一种具有弹性、变形及塑性的马氏体组织结构。
根据马氏体相变的不同起始组织结构，其可以分为两种类型：一类是由完全奥氏体组成的马氏体相变，另一类是由贝氏体（以及在贝氏体上产生马氏体）组成的马氏体相变。
1.完全奥氏体马氏体相变当钢经过高温处理后，在其细小的晶粒中，完全转化为奥氏体组织。
通过钢的快速冷却 （通常在水、油、盐水等介质中进行），奥氏体中的部分碳原子被固溶，在马氏体的组织中重新排列，最终形成一种具有高强度和塑性的马氏体组织结构。
这种马氏体相变过程，称为完全奥氏体马氏体相变。
2.贝氏体马氏体相变贝氏体正常情况下是由冷却慢、回火温度低的钢中形成的。
它是由一种由铁与铁素体间化合物构成的细小晶粒组成的组织，这种组织强度比较低，韧性高，且具有较高的弹性变形和形变能力。
当这种钢经过高温处理后，由于组织发生了相变，大量贝氏体消失，而代替它的则是奥氏体组织。
这样在快速冷却的过程中，就会在奥氏体中形成一定数量的针状马氏体组织结构。
二、马氏体相变的影响因素马氏体相变的过程涉及到多个变量和影响因素，其中最重要的一些因素包括：1.冷却速度作为一种固态相变过程，马氏体相变的核心就是快速冷却过程。
通常来说，冷却速度越快，产生的马氏体组织也就越细小，强度也就越高。
2.合金元素含量合金元素在钢制造中有着重要的作用。
它们可以调节钢的合金成分和钢的性能，使钢的性能得到提升。
其中，加入Cr、Ni、Mn等元素可以有效地提高马氏体相变的开始和结束温度，这有利于得到良好的马氏体组织结构。
马氏体转变概述摘要：钢经奥氏体化后快速冷却，抑制其扩散性分解，在较低的温度下发生的无扩散型相变为马氏体转变。
马氏体转变是钢件热处理强化的主要手段。
因此，马氏体转变的理论研究与热处理生产实践有着十分密切的关系。
本文简略介绍了碳钢中的马氏体转变的定义、机理、研究过程、和技术运用情况[1]。
1 马氏体转变的特点及定义1.1 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立方晶格而且马氏体相变可以在-196℃到-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[2]。
1.2 切变共格和表面浮凸现象人们早就发现，在高碳钢样品中产生马氏体转变之后，在其磨光的表面上出现倾动，形成表面浮凸。
这个现象说明转变和母相的宏观切变有着密切关系。
马氏体形成是以切变的方式实现的，同时马氏体和奥氏体之间界面上的原子是共有的，既属于马氏体，又属于奥氏体，而且整个相界面是互相牵制的，这种界面称为“切变共格”界面[3]。
1.3 马氏体转变是在一个温度范围内形成就马氏体相变而言，不但在快冷的变温过程中有马氏体相变，而且在等温过程中，也有等温马氏体产生，如Fe - Ni26 - Cu3 合金所能发生等温马氏体相变，但钢的马氏体相变是在一个温度范围内形成的[4]。
当奥氏体被冷却到Ms点以下任一温度时，不需经过孕育，转变立即开始，转变速度极快，但转变很快就停止了，不能进行到终了，为了使转变继续进行，必须降低温度，也就是说马氏体是在不断降温条件下才能形成。
这是因为在高温下母相奥氏体中某些与晶体缺陷有关的有利位置，通过能量起伏和结构起伏，预先形成了具有马氏体结构的微区。
这些微区随温度降低而被冻结到低温，在这些微区里存在一些粒子，这些粒子在没有成为可以长大成马氏体的晶核以前我们叫它核胚。
马氏体相变的名词解释马氏体相变是固态材料在经历加热后，发生固态相变形成马氏体的一种自发性相变过程。
这个过程是由于固态材料中的结构发生了变化，从而导致其宏观性质发生显著改变。
马氏体相变是一种重要的材料科学研究领域，具有广泛的应用价值，特别是在材料加工、制造以及机械、电子等领域。
马氏体是一种具有特殊晶体结构的金属或合金相。
通过马氏体相变，材料的原子排列发生变化，从立方晶系转变为正交晶系，这种转变导致了材料在微观尺度上的形变。
马氏体相变在材料中的应用包括增加材料的硬度、降低材料的延展性、改变材料的导电性等。
马氏体相变过程可以通过控制材料的组成、冷却速率以及外加应变等手段来实现。
根据不同的材料组成和处理方式，马氏体相变可以分为多种类型，如亚稳的马氏体相变、稳定的马氏体相变等。
亚稳的马氏体相变具有可逆性，即可以通过加热使马氏体再次转变为原有的相，而稳定的马氏体相变则是不可逆的，材料无法通过加热来回复到原有的相。
马氏体相变的研究在金属、合金和陶瓷等材料中广泛进行。
研究者们通过实验和理论模拟等方法，探索材料的晶体结构和其相变机制。
他们研究材料的组成、热处理条件以及外部应力对马氏体相变的影响，并尝试开发新的材料设计和加工方法来改变马氏体相变的性质。
在材料科学领域，马氏体相变被广泛应用于制造高强度材料、形状记忆合金和超弹性材料等。
高强度材料通过马氏体相变提高了材料的硬度和强度，在制造领域具有重要的应用价值。
形状记忆合金则是一种具有记忆效应的特殊合金材料，可以通过马氏体相变来实现形状的记忆和恢复。
超弹性材料具有很高的弹性形变能力，可以通过马氏体相变来实现材料的超大形变。
总结来说，马氏体相变是固态材料在加热过程中发生的一种自发性相变，其通过改变材料的晶体结构和原子排列来实现材料性能的改变。
马氏体相变对于材料科学的发展具有重要的意义，它在材料制造、加工以及电子等领域的应用也呈现出广阔的前景。
研究者们将继续在这一领域进行深入研究，以推动材料科学的发展和创新。
马氏体相变姓名：蔡安琪班级：材料物理1303 学号：1309050308【引言】人们最早在钢中发现了马氏体转变，后来陆续在有色金属、陶瓷、半导体材料中也发现了马氏体相变，所以关于马氏体相变和马氏体的认识也经历了一系列历史性的变迁。
然而，直至目前还是有许多问题很不清楚，有待于进一步研究。
【摘要】淬火硬化是钢的最重要的工艺过程之一。
如果钢从奥氏体区以足够快的速度淬火，就没有充分的时间产生扩散控制的共析分解过程，钢就变成了马氏体，或在某种情况下是马氏体并有少量的残余奥氏体。
马氏体是物理冶金中的一个术语，用于描述任何无扩散型转变的产物。
对于钢中的马氏体，其冷却速率使大多数固溶在fcc的γ—Fe中的碳原子能保留在α—Fe相固溶体内。
这样，钢中的马氏体只是碳在α—Fe中的过饱和固溶体。
这种转变是一个复杂的过程，甚至到今天对这一转变的机制也没有很好地理解，至少在钢中是如此。
本文主要讲述马氏体相变的一些特征，马氏体相变热力学。
【关键词】无扩散型转变马氏晶体学核心【正文】一、马氏体相变的主要特征1.1切片共格和表面浮突现象马氏体相变时在预先磨光的试样表面上可出现倾动，形成表面浮突，这表明马氏体相变是通过奥氏体均匀切边进行的。
奥氏体已转变为马氏体的部分发生了宏观切变而使点阵发生改组，且一边凹陷，一边凸起，带动界面附近未转变的奥氏体也随之发生转变，如图一。
由此可见，马氏体的形成是以切变方式进行的，同时马氏体和奥氏体之间界面上的原子是共有的，整个界面是互相牵制的。
这种界面称为切变共格界面。
图一1.2无扩散性从马氏体相变的宏观均匀切变现象可以设想，在马氏体相变过程中原子是集体运动的，原来相邻的原子相变后仍然相邻，他们之间的相对位移不超过一个原子间距，即马氏体相变是在原子基本上不发生扩散的情况下发生的。
1.3在一定温度范围内完成相变必须将奥氏体快速冷却至某一温度以下才能发生马氏体相变，这一温度称为马氏体相变开始点，以M s表示。
一、概念题马氏体转变：是一种固态镶边，是通过母相宏观切变，原子整体有规律迁移完成的无扩散相变奥氏体的热稳定化：淬火冷却时，因缓慢冷却或在冷却过程中于某一温度停留引起的奥氏体稳定性提高，而使马氏体转变变快的现象奥氏体的反稳定化：在热稳定上线温度Mc一下，热稳定程度随温度的升高而增加，但有些钢某一温度后稳定化程度反而下降的现象形变马氏体：通常将形变诱发马氏体转变所形成的马氏体成为形变马氏体组织遗传：指非平衡组织重新加热淬火后，其奥氏体晶粒大小仍保持原奥氏体晶粒大小的形状的现象相遗传：母相将其晶体学缺陷遗传給新相的现象相变冷作硬化：马氏体型城市的体积效应会引起周围奥氏体产生塑性变形，同时马氏体相变的切变特性，也将在晶体内产生大量微观缺陷，如位错、孪晶、层错等，这些缺陷会在马氏体逆转变过程中会被继承，结果导致强度明显升高而塑韧性下降马氏体异常正方度：新形成的马氏体正方度与碳含量的关系并不符合公式给出的关系的现象位相关系：在固态相变母相与新相之间所保持的晶体学取向关系珠光体晶粒（团）：在片状珠光体中，片层排列方向大致相同的区域称为珠光体团TTT曲线：使过冷奥氏体等温转变图，是描述过冷奥氏体等温转变行为，即等温温度等温时间转变产物的综合曲线K—S关系：在固态镶边母相与新相之间，所保持的晶体学位相关系，例如奥氏体向马氏体转变时新旧两项之间就保持这种关系（111）r // （110）α<110>r // <111>α二、符号意义Ms：马氏体点，马氏体转变的开始温度，母相与马氏体两相的体积自由能之差达到相变最小驱动力值得温度。
Mc：奥氏体热稳定化的上限温度，超过此温度奥氏体将出现热稳定化现象Mb：马氏体转变爆发点，在此温度瞬间有大量马氏体形成Md：形变马氏体点，能够形成形变诱发马氏体转变的上限温度Mf：马氏体转变的终了温度，此温度下奥氏体向马氏体转变将不再继续进行As：马氏体逆转变的开始温度，低于此温度马氏体不能像奥氏体转变，即马氏体逆转变的下限温度Sv：高碳片状马氏体显微裂纹敏感度，单位体积马氏体组织中显微裂纹的面积θ：滞后温度间隔度，奥氏体热稳定化程度量度，由于碳、氮原子钉扎位错，而要求提供附加化学驱动力以克服碳氮原子的钉扎力，而获得这个附加的化学驱动力所属的过冷度即为θ值So：片状珠光体的片间距离，即一片铁素体和渗碳体的总厚度，或相邻两片铁素体或渗碳体之间的中心距离三、简答题1．钢中奥氏体的点阵结构，碳原子可能存在的部位奥氏体是碳溶于γ—Fe所形成的固溶体，其为面心立方结构碳原子位于γ—Fe八面体间隙位置中心，即面心立方点阵晶胞的中心或棱边的中心2．合金元素对奥氏体形成的四个阶段有何影响1对奥氏体的形成速度的影响○1通过对碳扩散速度影响奥氏体的形成速度强碳化物形成元素Cr、Mo、W等降低碳在奥氏体中的扩散系数，推迟珠光体转变为奥氏体进程非碳化物形成元素Co，Ni等增大碳在奥氏体中的扩散系数，加快珠光体转变为奥氏体进程Si、Al等对碳在γ—Fe中扩散系数影响不大，因此对奥氏体形成无明显影响○2合金元素通过改变碳化物稳定性影响奥氏体的形成温度，通常是碳化物稳定性提高的元素延缓奥氏体的形成○3对临界点的影响：当温度一定时，临界点的变化相当于热度的变化Ni、Mn、Cu等降低A1温度，Cr、Mo、Ti、Si、Al等升高A1温度○4合金元素通过对原始组织的影响而影响奥氏体形成速度，Ni、Mn等往往使珠光体细化，有利于奥氏体形成2合金钢中奥氏体均匀化，合金钢奥氏体形成后，除了碳的均匀化外，还要进行合金元素的均匀化（比碳慢100~10000倍），且合金元素均匀化所属时间更长3．以渗碳体为领现象说明珠光体团的形成过程，并说明奥氏体向珠光体转变过程中碳的扩散规律（另外一种问法：以共析碳钢为例说明珠光体团的形成过程并分析三相共存时碳的扩散规律）1形成过程，由于能量成分和结构起伏，首先在奥氏体晶界上产生了一小片cem晶核，这种片状珠光体晶核按非共格扩散关系，不仅纵向长大而且横向长大，横向长大时，吸收了两侧的碳原子，而使其两侧的奥氏体含碳量降低，当含碳量降低到足以形成铁素体时，接在cem两侧出现铁素体片，新生成的铁素体出了伴随渗碳体片向纵向长大也横向长大，铁素体横向长大时，必然要向两侧的奥氏体中排出多余的碳，因而增高侧面奥氏体的碳浓度，从而促进另一片cem的形成，出现了新的cem片，如此继续进行下去，就形成了许多F-cem相间的片层。
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。
马氏体组织马氏体马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。
最先由德国冶金学家Adolf Martens(1850-1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中发现。
马氏体的三维组织形态通常有片状(plate)或者板条状(lath)，但是在金相观察中（二维）通常表现为针状（needle-shaped），这也是为什么在一些地方通常描述为针状的原因。
马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT）。
中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。
高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一。
中文名：马氏体外文名：martensite释义：黑色金属材料的一种组织名称提出者：阿道夫·马滕斯一、马氏体发展史1、马氏体19世纪90年代最先由德国冶金学家阿道夫·马滕斯（Adolf Martens，1850-1914）于在一种硬矿物中发现。
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-□n、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）。
2、组成类型常见马氏体组织有两种类型。
中低碳钢淬火获得板条状马氏体，板条状马氏体是由许多束尺寸大致相同，近似平行排列的细板条组成的组织，各束板条之间角度比较大；高碳钢淬火获得针状马氏体，针状马氏体呈竹叶或凸透镜状，针叶一般限制在原奥氏体晶粒之内，针叶之间互成60°或120°角。
