马氏体转变的主要特征.docx

马氏体转变的主要特征马氏体转变是在低温下进行的一种转变对于钢来说， 此时不仅铁原子已不能扩散，就是碳原子也难以扩散故马 氏体转变具有一系列不同于加热转变以及珠光体转变的特 征这里只提出几个最重要的转变特征，其它特征将在以后 各有关的章节内讨论一）马氏体转变的非恒温性必须将奥氏体以大于临界冷却速度的冷却速度过冷到 某一温度才能发生马氏体转变也就是说马氏体转变有一上 限温度这一温度称为马氏体转变的开始温度，也称为马氏u Mf 20 M.图1 马氏体等温转变曲线 图2 马氏体转变与温度的关系体点，用MS表示不同材料的MS是不同的当奥氏体被过 冷到MS点以下任一温度，不需经过孕育，转变立即开始， 且以极大的速度进行，但转变很快停止，不能进行到终了如 下图1所示为了使转变能继续进行，必须降低温度，即马 氏体转变是温度的函数，如图2所示，而与等温时间与无关, 或者说，马氏体量只取决于冷却所达到的温度当温度降到 某一温度以下时，虽然马氏体转变未达到100%，但转变已不能进行该温度称为马氏体转变终了点，用Mf表示（图 2）如某钢的MS高于室温而 叫低于室温，则冷却至室温时 还将保留一定数量的奥氏体，称为残余奥氏体。

如果继续冷 至室温以下，未转变的奥氏体将继续转变为马氏体直到Mf 点深冷至室温以下在生产上称为冷处理马氏体的这一特 征称为非恒温性图3爆发式转变时的马氏体转变量与温度的关系对于某些MS点低于0°C 的Fe-Ni-C等合金来说，当 过冷至MS点以下时，马氏体 可能爆发形成，即最初形成 的马氏体有可能促发一定数 量的奥氏体转变为马氏体， 未转变的奥氏体样必须在继续冷却的情况下才能转变，且有 可能再次爆发形成在此情况下，马氏体转变量与温度的关 系如图3所示也还有少数MS点低于0C的合金，如Fe-Ni-Mn，Fe-Ni-Cr以及咼碳咼锰钢等可以发生马氏体等温度转变其动力学特 征与珠光体等温转变很相似，也有“C”型曲线（图4），不（二）马氏体转变的切变共格与表悝10 50 100 500 1000 5000时间（s）图 4 Fe-23%Ni-3.7%Mn 合金马氏体等温转变动力学同点是等温转变量不多，转变不能进行到底面浮凸现象马氏体转变时能在预先磨光的试样表面上形成有规则 的表面浮凸，这表明马氏体转变是通过奥氏体的均匀切变进 行的奥氏体中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，且带动靠近界面的还未转变的奥氏体也随之 而发生了弹塑性切应变（图5a），故在磨光表面出现部分突起部分凹陷的浮凸现象。

如转变前在试样磨光表面刻一直线划痕试样表面惯习面STS ',则转变后在表面产生浮凸时该直线中脊面C既不弯曲，也不折断,而是形成了折线ST，TS /如图5b）这也表图5马氏体转变引起的表面浮凸的示意图6） c）图6三种不变平面应变，虚线为变形前形状，实线为变形 后形状，箭头表示变形方向，底为不变平面a）膨胀（或压缩）b）切变c）切变加膨胀明马氏体转变是通过切变进行的，直线划痕在界面不折断、在晶内不弯曲表明转变时，界面两侧的马氏 体和奥氏体既未发生相对转动，该界面也未发生畸变，故该 界面被称为不变平面在新形成的马氏体片内的线段TT， 仍保持直线，只是长度有所改变这表明，原奥氏体中的任平面在转变成马氏体后仍为一平面在转变时所发生的具有这一特点的应变只能是均匀应变，意即任何一点的位移与 该点距不变平面的距离成正比的应变这种在不变平面上所 产生的均匀应变被称为不变平面应变图6是三种不变平面 应变，底面均为不变平面，第一种为简单的膨胀或压缩；第 二种为切变；第三种既有膨胀又有切变，钢中马氏体转变即 属于这一种显然，界面上的原子的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, 如孪晶面，也可以不是相界面。

如图5的中脊面为不变平面, 但不是相界面，界面是ABML及DCNO为维持这种界面 关系，界面两侧的奥氏体与马氏体必定要产生弹性切变这 种依靠弹性切变维持的共格称为第二类共格共格界面的界面能较非共格界面小，但由于靠切变维持 的第二类共格在界面两侧都有弹性切应变，故又增加了一部 分应变能三）马氏体转变的无扩散性马氏体转变只有点阵改组而无成分的改变如钢中的奥 氏体转变为马氏体时，只是点阵由面心立方通过切变改组成 体心立方（或体心正方），而马氏体的成分与奥氏体的成分 完全一样，且碳原子在马氏体与奥氏体中相对于铁原子保持 不变的间隙位置这一特征称为马氏体转变的无扩散性无扩散并不是说转变时原子不发生移动，马氏体转变时 出现浮凸说明原子不仅有移动，而且产生了肉眼能观察到的 移动所谓无扩散，指的是母相以均匀切变方式转变为新相 相界向母相推移时，原子以协作方式通过界面由母相转变为 新相，类似于排成方阵的士兵以协作方阵变换成棱形因此 这样的转变被形象地称为军队式转变(military transformation )此时每一个原子均相对于相邻原子以相同的 矢量移动，且移动距离不超过原子间距，移动后仍保持原有 的近邻关系。

但如图5及图6所示，相隔距离较远的原子之 间的相对位移可以为肉眼所观察到扩散性相变则与此不 同，相界面向母相推移时，原子以散乱方式由母相转移到新 相，每一个原子移动的方向都是任意的，相邻原子的相对位 移超过原子间距，原子的相邻关系遭到破坏加热转变及珠 光体转变时新相通过大角晶界的迁移长入与其无位向关系 的母相即属于这种转变这样的转变被形象地称为平民式转 变(civilian transformation))以下三个试验证实了，马氏体转变的无扩散性1、 一引起具有有序结构的合金，发生马氏体转变时后, 有序结构不发生变化2、 碳钢中马氏体转变前后C的浓度没有变化，奥氏体 和马氏体的成分一致，仅发生晶格改组而且，碳原子在铁 原子中的间隙位置保持不变3、 马氏体可以在相当低的温度范围内进行，并且转变 速度极快例如，Fe-C和Fe-Ni合金中，在-20〜-196°C之间, 每片马氏体的形成时间约为5 X 10-5〜5 X 10-7S甚至在4K时, 形成速度仍然很高在这样低的温度下，原子扩散速度极小, 转变已不可能以扩散方式进行四） 马氏体转变的位向关系及惯习面1、 马氏体转变的晶体学特点是新相与母相之间存在着 一定的位向关系。

因为马氏体转变进行时，原子不需要扩散, 只作有规则的很小距离的迁动，转变过程中新相和母相界面 始终保持切变共格因此，转变后两相之间的位向关系仍然 保持着2、 马氏体转变的不变平面被称为惯习面，以平行于此 面的母相的晶面指数表示有时不变平面，即惯习面也就是 新旧相的界面五） 马氏体转变的可逆性在某些铁合金中，奥氏体冷却时转变为马氏体，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温度为高在Fe-C合金中，目前尚未直接观察到马氏体的逆转变 一般认为，由于含碳马氏体是C在a-Fe中的过饱和固溶体, 加热时极易分解，因此在尚未加热到AS点时，马氏体就已 经分解了，所以得不到马氏体的逆转变因此有人认为，如 果以极快的速度加热，使马氏体在未分解前即已加热到 AS以上，则有可能发生逆转变曾有人以3000°C/S的速度加热 进行研究，只得到了一些初步的结果，尚不能完全证实合金 Fe-C中马氏体逆转变的存在图7奥氏体与马氏体点阵常数和碳含量的关系还可以列举一些其他的马氏体相变特点。

但是，应该说 明，马氏体相变区别于其他相变的最基本的特点只有两个： 一是相以共格切变方式进行， 二是相变的无扩散性所有其 他特点均可由这两个基本特点 派生出来有时，在其他类型 相变中，也会看到个别特点与 马氏体相变特点相类似，比如 在贝氏体转变中也会观察到表 面浮凸现象，但这并不能说明它们也是马氏体相变。