第七章 馬氏體轉(zhuǎn)變

第七章馬氏體轉(zhuǎn)變第一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四第二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四馬氏體轉(zhuǎn)變的發(fā)展過程早在戰(zhàn)國時代人們已經(jīng)知道可以用淬火(即將鋼加熱到高溫后淬入水或油中急冷)的方法可以提高鋼的硬度，經(jīng)過淬火的鋼制寶劍可以“削鐵如泥”。

十九世紀未期，人們才知道鋼在“加熱和冷卻”過程中內(nèi)部相組成發(fā)生了變化，從而引起了鋼的性能的變化。為了紀念在這一發(fā)展過程中做出杰出貢獻的德國冶金學家AdolphMartens，法國著名的冶金學家Osmond建議將鋼經(jīng)淬火所得高硬度相稱為“馬氏體”，并因此將得到馬氏體相的轉(zhuǎn)變過程稱為馬氏體轉(zhuǎn)變。

MartensiteM—馬氏體第三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四

十九世紀未到二十世紀初主要局限于研究鋼中的馬氏體轉(zhuǎn)變及轉(zhuǎn)變所得產(chǎn)物—馬氏體。二十世紀三十年代，人們用X射線結(jié)構(gòu)分析的方法測得鋼中馬氏體是碳溶于α-Fe而形成的過飽和固溶體，馬氏體中的固溶碳即原奧氏體中的固溶碳，因此，曾一度認為“所謂馬氏體即碳在α—Fe中的過飽和固溶”。

曾經(jīng)有人認為“馬氏體轉(zhuǎn)變與其它轉(zhuǎn)變不同，是一個由快冷造成的內(nèi)應(yīng)力場所引起的切變過程”。四十年代前后，在Fe—Ni、Fe—Mn合金以及許多有色金屬及合金中也發(fā)現(xiàn)了馬氏體轉(zhuǎn)變。不僅觀察到冷卻過程中發(fā)生的馬氏體轉(zhuǎn)變；同時也觀察到了在加熱過程中所發(fā)生的馬氏體轉(zhuǎn)變。由于這一新的發(fā)現(xiàn)，人們不得不把馬氏體的定義修定為：“在冷卻過程中所發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變所得產(chǎn)物統(tǒng)稱為馬氏體”。第四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四近年來，由于實驗技術(shù)的進一步發(fā)展，使人們對馬氏體的結(jié)構(gòu)以及馬轉(zhuǎn)變的特征又有了進一步的了解，對許多現(xiàn)象的認識也有了很大的進步，并因此而推動了熱處理新工藝及新材料的發(fā)展，其中最為膾炙人口的是在熱彈性馬氏體基礎(chǔ)上發(fā)展起來的形狀記憶合金。第五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四第六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四

馬氏體轉(zhuǎn)變是將奧氏體快速冷卻到Ms溫度以下得到的組織。馬氏體轉(zhuǎn)變——低溫轉(zhuǎn)變（Ｍs~Ｍf）馬氏體轉(zhuǎn)變的特點：1）在較低的溫度下進行，F(xiàn)e及C原子都不能進行擴散，因此馬氏體實際是碳在α-Fe中的過飽和固溶體，由于碳的溶入使原面心立方結(jié)構(gòu)變成體心正方結(jié)構(gòu)，即C軸伸長。第七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2）馬氏體轉(zhuǎn)變的非恒溫性。奧氏體溫度降到Ms點以下任一溫度時，馬氏體轉(zhuǎn)變以極大速度進行，但轉(zhuǎn)變很快停止。為了使轉(zhuǎn)變繼續(xù)進行，必須繼續(xù)降低溫度。當溫度降到某一溫度以下時，雖然馬氏體轉(zhuǎn)變量未達到100%，但轉(zhuǎn)變已不能進行，該溫度稱為馬氏體轉(zhuǎn)變終了溫度，用Mf表示。此時將有一部分奧氏體未轉(zhuǎn)變而被保留下來，稱為殘余奧氏體。A的碳質(zhì)量分數(shù)對殘余A的影響第八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四1.板條狀馬氏體常見于低碳鋼7.1馬氏體的組織與性能第九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四板條馬氏體第十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.片狀馬氏體(225)f片狀馬氏體，無“中脊”，形成溫度稍高。(259)f片狀馬氏體，三維為凸透鏡狀，有“中脊”，形成溫度較低。第十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四第十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四不同形態(tài)馬氏體存在成分及溫度范圍第十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四馬氏體的性能通過淬火得到馬氏體是強化鋼制工件的重要手段。在淬成馬氏體后，雖然還要根據(jù)需要重新加熱到不同溫度進行回火，但回火后所得的性能在很大程度上仍決定于淬火所得的馬氏體的性能，因此，有必要對馬氏體的性能進行了解。

對于一個結(jié)構(gòu)件來說，重要的不僅僅是硬度和強度，而是硬度、強度與塑性、韌性的配合。因此有必要對馬氏體的強度和韌性作全面的了解。第十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四（一）馬氏體的硬度與強度馬氏體的硬度與屈服強度之間有很好的線性對應(yīng)關(guān)系，因此可以很方便的將二者一并討論。1、馬氏體的硬度鋼中馬氏體最重要的特點是具有高硬度和高強度。實驗證明，馬氏體的硬度決定于馬氏體的碳含量，而與馬氏體的合金元素含量關(guān)系不大。第十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2、馬氏體的高硬度、高強度的本質(zhì)（1）相變強化

馬氏體相變的特性造成在晶體內(nèi)產(chǎn)生大量微觀缺陷（位錯、孿晶及層錯等），使馬氏體強化，即相變強化。無碳馬氏體的屈服極限為284MPa與強化F的σS很接近，而退火的F的σS僅為98~137MPa，也就是說相變強化，使強度提高了147~186MPa。第十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四（2）固溶強化為嚴格區(qū)分C原子的固溶強化效應(yīng)與時效強化效應(yīng)，Winchell專門設(shè)計了一套Ms點很低的C%不同的Fe-Ni-C合金，以保證M轉(zhuǎn)變能在C原子不可能發(fā)生時效析出的低溫下淬火后在該溫度下測量M的強度，以了解C原子的固溶強化效果，結(jié)果表明C%<0.4%時的σS隨碳含量增加急劇升高，超過0.4%后σS不再增加。第十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四原因：

C原子溶入M點陣中，使扁八面體短軸方向上的Fe原子間距增長了36%，而另外兩個方向上則收縮4%，從而使體心立方變成了體心正方點陣，由間隙C原子所造成的這種不對稱畸變稱為畸變偶極，可以視其為一個強烈的應(yīng)力場，C原子就在這個應(yīng)力場的中心，這個應(yīng)力場與位錯產(chǎn)生強烈的交互作用，而使M的強度提高。當C%超過0.4%后，由于碳原子靠得太近，使相鄰碳原子所造成的應(yīng)力場相互重迭，以致抵消而降低了強化效應(yīng)。合金元素也有固溶強化作用，相對碳來說要小很多，據(jù)估計，僅與合金元素對F的固溶強化作用大致相當。第十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四（3）時效強化理論計算得出，在室溫下只要幾分鐘甚至幾秒鐘即可通過C原子擴散而產(chǎn)生時效強化，在-60℃以上，時效就能進行發(fā)生碳原子偏聚現(xiàn)象，是M自回火的一種表現(xiàn)，C原子含量越高時效強化效果越大。第十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四（4）馬氏體形態(tài)及大小對強度的影響孿晶亞結(jié)構(gòu)對強度有一附加的貢獻，C%相同時，孿晶M的硬度與強度略高于位錯M的硬度與強度，且C%增高，孿晶亞結(jié)構(gòu)對M強度的貢獻增大。原A晶粒大小和M群的大小對M的強度也有一定的影響，

σ0.2=608+69dγ-1/2

σ0.2=449+60dαˊ-1/2單位：Mpa;其中dγA晶粒的平均直徑；dαˊM板條群的平均直徑。第二十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四總結(jié)：

低碳的馬氏體的強度主要靠其中碳的固溶強化，在一般淬火過程中，伴隨自回火而產(chǎn)生的M時效強化也具有相當?shù)膹娀Ч?，隨M中碳及合金元素含量的增加，孿晶亞結(jié)構(gòu)將有附加的強化，細化奧氏體晶粒及馬氏體群的大小，也能提高一些馬氏體的強度。第二十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四（二）馬氏體的韌性

位錯型M具有良好的塑性和韌性。由圖中可以看出，隨C%的增加韌性顯著下降，對C%為0.6%的M，即使經(jīng)低溫回火，沖擊韌性還是很低。第二十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四通常C%小于0.4%時M具有較高的韌性，碳含量越低，韌性越高；C%大于0.4%時，M的韌性很低，變得硬而脆，即使經(jīng)低溫回火韌性仍不高。除C%外，M的韌性與其亞結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，在相同的屈服極限的條件下，位錯型M的韌性比孿晶M的韌性高很多。第二十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四總結(jié)馬氏體的強度主要決定于馬氏體的碳含量及組織結(jié)構(gòu)（包括自回火時的時效強化），而馬氏體的韌性主要取決于馬氏體的亞結(jié)構(gòu)，低碳的位錯型馬氏體具有相當高的強度和良好的韌性，高碳的孿晶馬氏體具有高的強度，但是韌性很差。第二十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四(三)馬氏體轉(zhuǎn)變超塑性超塑性：指高的延伸率及低的流變抗力。相變塑性:金屬及合金在相變過程中塑性增長，往往在低于母相屈服極限的條件下即發(fā)生了塑性變形，這種現(xiàn)象稱為相變塑性。馬氏體的相變塑性：鋼在馬氏體轉(zhuǎn)變時也會產(chǎn)生相變塑性現(xiàn)象，稱為馬氏體的相變塑性。0.3%C-4%Ni-1.3%Cr鋼的M相變塑性850℃A化,Ms為307℃,A的屈服強度為137MPa第二十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四近年來的研究工作表明，M相變誘發(fā)的塑性還可以顯著提高鋼的韌性。0.6%C-9%Cr-8%Ni-2%Mn第二十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四原因

1、由于塑性變形而引起的局部區(qū)域的應(yīng)力集中，將由于M的形成而得到松馳，因而能防止微裂紋的形成，即使微裂紋已經(jīng)產(chǎn)生，裂紋尖端的應(yīng)力集中也會因M的形成而得到松馳，故能抑制裂紋的擴展，從機時使塑性和斷裂韌性得到提高；2、在發(fā)生塑性變形的區(qū)域，有形變M形成，隨形變M量的增多，形變強化指數(shù)不斷提高，這比純A經(jīng)大量變形后接近斷裂時的形變強化指數(shù)要大，從而使已發(fā)生塑性變形的區(qū)域繼續(xù)發(fā)生變形困難，故能抑制頸縮的形成。第二十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四（四）馬氏體的物理性能1、比容

M組織的比容較大，M形成時比容的增大，造成鋼淬火時產(chǎn)生較大的組織應(yīng)力，從而促進M顯微裂紋的擴展。2、磁性

M具有鐵磁性，具有很高的磁矯頑力。3、電阻M的電阻比P的大很多，稍高于A，且隨C%增加M的電阻值增大。第二十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四（五）高碳片狀馬氏體的顯微裂紋

是由于M形成時互相碰撞形成的，M形成速度極快，相互碰撞或與A晶界相撞時，將因沖擊而形成相當大的應(yīng)力場，又因為高碳片狀M很脆不能通過滑移或?qū)\生變形來消除應(yīng)力，因此容易形成撞擊裂紋，這種先天性的缺陷使高碳附加了脆性。度量：鋼中M顯微裂形成的難易程度用馬氏體顯微裂紋敏感度來表示。以單位M體積中出現(xiàn)裂紋的面積作為馬氏體內(nèi)形成顯微裂紋的敏感度，用SV（mm-1)表示。第二十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四第三十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四第三十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四1、影響顯微裂紋敏感度的因素（1）碳含量的影響是影響SV的主要因素，C%小于1.4%時隨C%的增加SV急劇增加，當C%大于1.4%時SV隨C%的增加反而下降。C%小于1.4%，M為{225}慣習面，而當C%大于1.4%，后M為{259}慣習面。第三十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四（2）奧氏體晶粒大小的影響隨A晶粒直徑的增大SV急劇增加。第三十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四（3）淬火冷卻溫度的影響冷卻溫度越低，M轉(zhuǎn)變量越多，殘余奧氏體量越少，SV越大。第三十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四（4）馬氏體轉(zhuǎn)變量的影響隨M量的增加SV增大，但當M的體積份數(shù)f大于0.27后，SV不再隨f增大。V—每一片M的平均體積；NV—單位體積中M片的數(shù)目。第三十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四（5）馬氏體片長度的影響SV隨M片長度（即片的最大尺寸）的增大而升高。第三十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2、減少顯微裂紋的途徑降低高碳鋼A化的溫度。淬火過程中已產(chǎn)生了顯微裂紋的工件，應(yīng)及時回火，這樣可以使部分裂紋消失。第三十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四7.2馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特征（一）馬氏體轉(zhuǎn)變的非恒溫性

馬氏體轉(zhuǎn)變有一上限溫度，這一溫度稱為馬氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度，也稱為馬氏體點，Ms表示。不同的材料Ms是不同的。馬氏體轉(zhuǎn)變還有一個下限溫度，用Mf，當奧氏體過冷到Mf以下時轉(zhuǎn)變也不能再進行了。稱為馬氏體轉(zhuǎn)變的下限溫度或馬氏體終了點。也就是說馬氏體轉(zhuǎn)變是在Ms—Mf之間進行的。一般鋼材的Mf都低于室溫，在生產(chǎn)中為了獲得更多的馬氏體，常采用深冷到室溫以下的處理工藝，這種工藝方法稱為冷處理。第三十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四第三十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四（二）馬氏體轉(zhuǎn)變的切變共格和表面浮凸現(xiàn)象

馬氏體轉(zhuǎn)變時能在預(yù)先磨光的試樣表面上形成有規(guī)則的表面浮凸。這說明馬氏體的形成與母相奧氏體的宏觀切變密切相關(guān)。不變平面：在相轉(zhuǎn)變時不轉(zhuǎn)動、不畸變的界面第四十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四下圖是三種不變平面應(yīng)變，圖中的C)既有膨脹又有切變，鋼中馬氏體轉(zhuǎn)變即屬于這一種。第四十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四顯然，界面上的原子排列規(guī)律既同于馬氏體，也同于奧氏體，這種界面稱為共格界面。但不變平面可以是相界面，也可以不是相界面。第四十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四為維持這種界面關(guān)系，界面兩側(cè)的奧氏體與馬氏體必定要產(chǎn)生彈性切變，這種依靠彈性切變維持的共格關(guān)系稱為第二類共格。第四十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四（三）馬氏體轉(zhuǎn)變的無擴散性馬氏體轉(zhuǎn)變只有點陣改組而無成份變化，轉(zhuǎn)變時原子做有規(guī)律的整體遷移，每個原子移動的距離不超過一個原子間距，且原子之間的相對位置不發(fā)生變化。

第四十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四（四）馬氏體轉(zhuǎn)變的位向關(guān)系及慣習面

奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時，新舊兩相之間保持著嚴格的晶體學位向關(guān)系，馬氏體的不變平面被稱為馬氏體的慣習面，以平行于此面的母相的晶面指數(shù)表示。（五）馬氏體轉(zhuǎn)變的可逆性

冷卻時高溫相可以轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，加熱時馬氏體可以逆轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷叵啵肄D(zhuǎn)變都是以馬氏體轉(zhuǎn)變方式進行的。與Ms—Mf相對應(yīng)，逆轉(zhuǎn)變有As—Af分別表示逆轉(zhuǎn)變的開始和終了溫度。第四十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四（一）馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)1、馬氏體的晶格類型

Fe-C合金的馬氏體是C在α-Fe中的過飽和間隙固溶體。馬氏體具有正方點陣，即：a＝b≠ｃ，α＝β＝γ＝９０°，ｃ/ａ稱為正方度。7.3馬氏體轉(zhuǎn)變的晶體學和轉(zhuǎn)變機制第四十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2、碳原子在馬氏體點陣中位置及分布碳原子在馬氏體點陣中的位置

C在α-Fe中可能存在的位置是Fe原子構(gòu)成的體心立方點陣的八面體間隙位置，如圖所示：第四十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四亞點陣的概念

根據(jù)碳原子在馬氏體點陣可能存在的位置，人們發(fā)現(xiàn)，碳原子處于三種分布位置時，都能形成由碳原子構(gòu)成的八面體，這種可能出現(xiàn)的原子陣列，稱為亞點陣。第四十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四碳原子的分布通常假設(shè)碳原子優(yōu)先占據(jù)八面體間隙位置的第三亞點陣，結(jié)果使c軸伸長，a軸縮短，使體心立方點陣的α—Fe變成了體心正方點陣的馬氏體。但并不是所有碳原子都占據(jù)第三亞點陣位置，通過中子輻照分析的結(jié)論是：80%的碳原子占據(jù)第三亞點陣，20%的碳原子占據(jù)其它兩個亞點陣，即，碳原子在馬氏體點陣中呈部份有序分布。第四十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四馬氏體的點陣常數(shù)和鋼中碳含量的關(guān)系也可用下列公式表示式中a0為α-Fe的點陣常數(shù)，a0＝２.861?α=0.116±0.002；β=0.113±0.002；γ=0.046±0.001；ρ-馬氏體的碳含量（重量百分比）（二）馬氏體的異常正方度第五十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四新形成馬氏體的正方度偏離公式給出的正方度，稱為馬氏體異常正方度。新形成馬氏體的正方度遠高于公式給出的正方度，稱為異常高正方度。

新形成馬氏體的正方度遠低于公式給出的正方度，稱為異常低正方度。第五十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四三、慣習面與位向關(guān)系1、慣習面

馬氏體轉(zhuǎn)變具有一定的慣習面，即馬氏體總是在母相的某一晶面上首先形成，以平行于慣習面的母相晶面指數(shù)表示，此面即馬氏體轉(zhuǎn)變中的不變平面（不畸變，不轉(zhuǎn)動）。鋼中常見的慣習面有三種，即：(111)γ、(225)γ、(259)γ；C%<0.6%為(111)γ，0.6-1.4%為(225)γ，C%>1.4%為(259)γ

隨馬氏體的形成溫度降低慣習面指數(shù)增大。第五十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2、位向關(guān)系

馬氏體轉(zhuǎn)變的晶體學特征是馬氏體與母相之間存在著一定的位向關(guān)系。在鋼中已觀察到到的有K—S關(guān)系、西山關(guān)系和G—T關(guān)系。（1）K—S關(guān)系

{110}M∥{111}A；<111>M∥<110>A（2）西山關(guān)系{011}M∥{111}A；<110>M∥<112>A（3）G—T關(guān)系{110}M∥{111}A差1°<111>M∥<110>A差2°第五十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四馬氏體相變表象理論1.Bain模型xyz=z’x’y’第五十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四該模型中M和A符合K-S關(guān)系：但此模型不能解釋表面浮凸效應(yīng)和慣習面。第五十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四2.K-S機制點陣以(111)f為底面，按ABCABC的次序自下而上堆垛。切變進行步驟：K-S切變機制成功導(dǎo)出了所測量到的點陣結(jié)構(gòu)和取向關(guān)系，但慣習面預(yù)測與實際偏差較大。（1）第一次切變（2）第二次切變（3）點陣調(diào)整第五十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四第五十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四3.G-T機制第五十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四7.4馬氏體轉(zhuǎn)變的熱力學和動力學馬氏體奧氏體自由焓與溫度的關(guān)系馬氏體轉(zhuǎn)變的熱力學：馬氏體轉(zhuǎn)變與加熱轉(zhuǎn)變不同，當母相被過冷到略低于T0時，馬氏體形變并不能發(fā)生，必須過冷到低于T0的某一溫度MS以下時才能通過馬氏體轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)變成馬氏體。MS與T0之間的差值稱為熱滯，其大小視合金成分而異。第五十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四T0、MS的物理意義是：T0—奧氏體自由能與馬氏體自由能相等的溫度；MS—馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度（馬氏體轉(zhuǎn)變開始點）；表示過冷奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度。MS的物理意義是奧氏體與馬氏體兩相的自由能差達到相變所需的最小驅(qū)動力時的溫度。Mf-馬氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變的最低溫度（馬氏體轉(zhuǎn)變終止點）。第六十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四Fe-C合金馬氏體轉(zhuǎn)變與含碳量的關(guān)系

T0、MS和Mf與碳含量的關(guān)系見圖。Wc↑，T0↓、Ms↓、Mf↓。第六十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四在T0到MS之間，馬氏體相變不會自動發(fā)生，但如引入塑性變形，使塑變的機械驅(qū)動力疊加相變的化學驅(qū)動力(馬氏體與A二相自由能差)，并達到馬氏體相變所需最小驅(qū)動力時，馬氏體相變也會發(fā)生。此時形成的馬氏體稱為形變誘發(fā)馬氏體。此時的溫度稱為形變誘發(fā)馬氏體溫度點（形變馬氏體點），記為Md。Md不能大于T0。形變馬氏體的形態(tài)與前述的馬氏體相同。形變誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變原理示意圖

第六十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四馬氏體轉(zhuǎn)變系統(tǒng)總的自由焓變化：△G=(GM-GA)+(△Gs+△Ge）其中GM為馬氏體的自由焓GA為奧氏體的自由焓GM-GA=△Gv＜0時，奧氏體有轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的趨勢GM-GA=△Gv是相變的驅(qū)動力△Gs為表面能，很小，不是相變的主要阻力△Ge為彈性應(yīng)變能，很大，是相變的主要阻力只有深冷至△G增大到足以補償△Gs+△Ge的時候，馬氏體相變才能發(fā)生。第六十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四馬氏體的形成條件：（1）快冷V>Vk避免A向P、B轉(zhuǎn)變（2）深冷T<MS提供足夠的驅(qū)動力第六十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四Ms點的物理意義Ms點是A和M兩相自由能差達到相變所需最小驅(qū)動力值時的溫度，反映了M轉(zhuǎn)變得以進行所需的最小過冷度。Ms點以下形成一定量的M后，便會使系統(tǒng)的△G＝0，轉(zhuǎn)變即中止，繼續(xù)降溫使△G<0，轉(zhuǎn)變又繼續(xù)進行，這就是M轉(zhuǎn)變需不斷降溫的原因。影響Ms點的因素主要有：A的化學成分、加熱溫度和保溫時間、冷卻速度、應(yīng)力、塑性變形、存在先馬氏體組織。第六十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四Wc↑，Ms↓、Mf↓；Ms和Mf下降不一致。Wc<0.6%，Mf比Ms下降得快。Wc>0.6%，Mf下降緩慢，Mf<0oC。原因：C%↑，使A的強度↑，相變阻力↑，切變困難，Ms↓。（一）、奧氏體的化學成分的影響（奧氏體的化學成分是影響Ｍs點的最主要的因素）１、碳含量Wc：

第六十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四２、合金元素：除Co、Al以外，大多數(shù)合金元素總使Ms、Mf下降?；瘜W成分對Ms點的影響的原因：（1）、改變了T0；（2）、改變了奧氏體的強度。

合金元素對Ms的影響第六十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四（二）、加熱規(guī)程的影響：加熱溫度和保溫時間的影響是兩方面的：1、提高奧氏體化加熱溫度和保溫時間，奧氏體晶粒長大，缺陷減少及奧氏體均勻化。馬氏體形成的阻力減小，Ms升高。2、提高奧氏體化加熱溫度和保溫時間，有利于碳和合金元素溶入奧氏體中。Ms下降。若排除化學成分的影響，提高奧氏體化加熱溫度和保溫時間，使Ms升高。（三）、冷卻速度：

一般的生產(chǎn)條件下，冷卻速度不改變Ms，但是在高速淬火時，Ms隨冷卻速度的增大而升高。第六十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四（四）、應(yīng)力：在奧氏體狀態(tài)下施加拉應(yīng)力或單向壓應(yīng)力會促進馬氏體形成，Ms升高。在奧氏體狀態(tài)下施加多向壓應(yīng)力會阻礙馬氏體形成，Ms下降。（五）、塑性變形：1、若在Ms～Md溫度范圍內(nèi)經(jīng)塑性變形會促進奧氏體在該溫度下向馬氏體轉(zhuǎn)變，使Ms升高，產(chǎn)生應(yīng)變誘發(fā)馬氏體。2、若在Ms～Mf溫度范圍內(nèi)的某一溫度進行塑性變形也會促進奧氏體在該溫度下向馬氏體轉(zhuǎn)變。3、若在Md以上某一溫度范圍內(nèi)經(jīng)塑性變形不會產(chǎn)生應(yīng)變誘發(fā)馬氏體。第六十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四（六）、存在先共析馬氏體組織：馬氏體轉(zhuǎn)變之前存在珠光體，Ms點升高。奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w時，滲碳體為領(lǐng)先相，珠光體優(yōu)先在富碳的奧氏體區(qū)形成。馬氏體轉(zhuǎn)變之前存在貝氏體，Ms點下降。奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w時，鐵素體為領(lǐng)先相，貝氏體優(yōu)先在貧碳的奧氏體區(qū)形成。第七十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四馬氏體轉(zhuǎn)變動力學馬氏體轉(zhuǎn)變的動力學主要有以下幾種方式：變溫轉(zhuǎn)變、等溫轉(zhuǎn)變、爆發(fā)式轉(zhuǎn)變、表面轉(zhuǎn)變。一、變溫瞬時形核、瞬時長大（變溫馬氏體轉(zhuǎn)變）：出現(xiàn)于碳鋼及低合金鋼中、為變溫轉(zhuǎn)變。過冷奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變是在連續(xù)冷卻過程中進行。Ｍ轉(zhuǎn)變量是在Ms~Mf范圍內(nèi)，通過不斷降溫來增加的。

第七十一頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四特點：變溫瞬時形核，快速長大。(1)、變溫瞬時形核：當奧氏體過冷MS點以下時開始以極快的速度形核，必須繼續(xù)降溫，才能繼續(xù)形核，形核的速度極快，形核無孕育期；(2)、瞬時長大：長大速度極快，在10-4~10-7s內(nèi)長成一個單晶，表明長大所需的激活能極小。(3)、轉(zhuǎn)變速度依賴于形核率，與長大速度無關(guān)，新核長大到一定尺寸就停止長大。馬氏體轉(zhuǎn)變的繼續(xù)進行必須繼續(xù)降溫，而不是靠已有馬氏體晶體的進一步長大。第七十二頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四Cohen歸納出M轉(zhuǎn)變的體積分數(shù)f與冷卻到的溫度tq之間關(guān)系為：f=1-6.956×10-5[455-(MS-tq)]5.32可見，tq越低，馬氏體轉(zhuǎn)變體積分數(shù)f越大。當tq與MS差值達455時，轉(zhuǎn)變馬氏體的體積分數(shù)可達1。第七十三頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四二、等溫形核、瞬時長大（等溫馬氏體轉(zhuǎn)變）：出現(xiàn)于Fe-26%Ni-19%Mn，F(xiàn)e-26%Ni-3%Cr，高C高錳鋼中、為等溫轉(zhuǎn)變。特點：有孕育期，但等溫轉(zhuǎn)變不完全。(1)、等溫形成馬氏體核；形核有孕育期，形核率隨過冷度增加先增后減。(2)、長大速度極快，到一定尺寸后即停止。大小與上一類馬氏體相同。(3)、轉(zhuǎn)變速度隨時間增加，先增后減。(4)、等溫馬氏體轉(zhuǎn)變不能徹底轉(zhuǎn)變，只是部分轉(zhuǎn)變。(5)、變溫轉(zhuǎn)變中也有少量等溫轉(zhuǎn)變--通過等溫形成新核；原有的變溫馬氏體等溫過程中也會長大。

第七十四頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四三、自觸發(fā)形核、瞬時長大（爆發(fā)式馬氏體轉(zhuǎn)變）：出現(xiàn)于Fe-28%Ni，F(xiàn)e-26%Ni-0.48%C中、為爆發(fā)式馬氏體轉(zhuǎn)變。Ms點低于室溫的某些合金，當冷卻到一定溫度MB（＜Ms），在瞬間形成大量馬氏體，此稱爆發(fā)性馬氏體。特點：自促發(fā)形核，爆發(fā)式長大。馬氏體呈Z字形排列。(1)、當MS<0℃時，在MS以下溫度形成{259}A片狀馬氏體，并由于馬氏體轉(zhuǎn)變體積膨脹形成的高壓激發(fā)附近的{259}A面上形成大量的馬氏體，這種現(xiàn)象稱為爆發(fā)式轉(zhuǎn)變。(2)、發(fā)生爆發(fā)式轉(zhuǎn)變的溫度稱為MB。(3)、爆發(fā)式轉(zhuǎn)變特點：馬氏體呈Z字形排列。(4)、爆發(fā)式轉(zhuǎn)變不能進行到底.為使轉(zhuǎn)變繼續(xù)進行，必須繼續(xù)降溫。

第七十五頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四上述三種轉(zhuǎn)變的差別是形核方式及形核率不同。相同點長大速度都極快第七十六頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四四、表面馬氏體轉(zhuǎn)變：表面馬氏體：在稍高于ＭＳ點的溫度下等溫，往往會在試樣的表面形成馬氏體。如將其磨去，則試樣內(nèi)部仍是奧氏體，故稱為表面馬氏體。表面馬氏體的形成也是一種等溫轉(zhuǎn)變，但與等溫形核、瞬時長大的等溫轉(zhuǎn)變不同。表面轉(zhuǎn)變的形核也需要孕育期，但長大的速度極慢，形態(tài)不是片狀而呈條狀。第七十七頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四五、奧氏體穩(wěn)定化：奧氏體穩(wěn)定化：奧氏體在外界因素作用下，促使內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了某種變化而使A→M的轉(zhuǎn)變呈現(xiàn)遲滯的現(xiàn)象。奧氏體穩(wěn)定化分為奧氏體熱穩(wěn)定化和奧氏體機械穩(wěn)定化。第七十八頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四（1）奧氏體的熱穩(wěn)定化定義：鋼在淬火冷卻過程中由于冷卻緩慢或暫時中斷而引起A→M的轉(zhuǎn)變遲滯現(xiàn)象。淬火時，冷卻中斷會引起奧氏體穩(wěn)定化，冷至室溫時，殘余奧氏體增加，冷卻中斷后繼續(xù)冷卻，轉(zhuǎn)變并不立即恢復(fù)，而要滯后一段溫度θ,轉(zhuǎn)變才繼續(xù)進行。冷卻到室溫時，未轉(zhuǎn)變的殘余奧氏體量也增多。奧氏體熱穩(wěn)定化程度可用滯后溫度θ以及室溫時的殘余奧氏體增量δ來表示。冷卻緩慢相當于在一連串溫度下的短時間停留，故也會造成穩(wěn)定化。實例：油淬得到的殘余奧氏體比水淬多。

第七十九頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四引起熱穩(wěn)定化的必要條件是：碳和氮的存在。熱穩(wěn)定化有一溫度上限，通常以MC表示，只有在MC點以下，等溫停留或緩冷才會造成熱穩(wěn)定化。影響熱穩(wěn)定化的因素是等溫溫度和等溫時間，同時也受已生成的馬氏體量的影響。第八十頁，共八十九頁，編輯于2023年，星期四（2）奧氏體的機械穩(wěn)定化定義：在Md點以上溫度對奧氏體進行塑性變形，其變形量超過一定值后使隨后馬氏體轉(zhuǎn)變困難，使MS點降低。說明：①在Md點以下溫度對A進行塑性變形，將發(fā)生形變誘發(fā)M轉(zhuǎn)變。②在Md點以上，對A小量塑性變形將促進隨后冷卻時的M轉(zhuǎn)變；對A大量塑性變形將抑制隨后冷卻時的M轉(zhuǎn)變，使奧氏體穩(wěn)定化。第八十一頁，共八十九頁，編輯于2023