关于马氏体相变介绍

[拼音]：Mashiti xiangbian

[外文]：Martensitic transformation

钢淬火会变硬，很早就被人们所认识，中国在战国时代已进行钢的淬火。但直到19世纪后期才知道其内部发生了组织变化，并将淬火形成的片状相命名为马氏体。1930年以后相似的转变又在许多非铁合金以及非金属晶体中发现。马氏体并不一定变硬，热d性马氏体则具有d性软化效应，而且与之相联系的超d性、铁d性及形状记忆等现象也获得重要应用。

马氏体相变属于一种广义的位移型无扩散相变，以切变位移为其特征，新旧相成分不变。相变特征是：

（1）新相与母相之间有一定的位向关系。例如 Fe-C合金的体心四方马氏体（M）与面心立方奥氏体(γ)──碳在γ-Fe中的固溶体──间有，。

（2）相界面是确定的晶面，称为惯习面。例如含碳量为 0.5～1.4C 的Fe-C合金的惯习面是。惯习面在相变过程中不畸变不转动（即所谓不变平面）。

（3）转变区由于形成马氏体发生切变，所以在平的样品表面上会出现浮凸。

（4）马氏体形态呈片状或条状，内有亚结构，往往是孪晶。

（5）是一级相变，具有成核成长过程。

（6）晶体长大速率接近声速（104～105厘米／秒）。 ⑦相变动力学有两类：a.变温转变，成核率很大，马氏体形成数量只是温度的函数，不依赖于时间。b.等温转变，成核率（或孕育期）依赖于温度，具有“C”字形动力学曲线。变温转变可视为很快的阶梯式的等温转变；而等温转变如仅考虑转变后期马氏体的极限量则同样满足变温转变的动力学方程。

由于相变的普遍性及技术上的重要性，大半个世纪以来开展了大量的理论研究。早期的工作可参阅J.W.克里斯琴的著作，理论现状主要有下列两方面。

主要说明位向关系、惯习面、形状变化以及亚结构等特征。经典模型着重解决位向关系，未能解释惯习面的不畸变不转动。50年代从惯习面不畸变的概念出发运用矩阵方法建立了原始的表象理论。认为相变产生的总应变是由三部分组成：

（1）产生点阵变化的贝茵应变；

（2）不改变点阵类型的不均匀切变以保持惯习面不应变；

（3）刚性转动以保持惯习面不转动，矩阵表达式为（、和都是应变张量的矩阵表式，为转动变换矩阵），应用此理论可预测惯习面、位向关系以及亚结构。在Au－Cd、In－Tl等合金中符合很好，但对钢中 (225)γ马氏体还不能得到满意解释。针对此又发展了近代表象理论。

马氏体长大很快，因此成核率就成为相变动力学的主要控制因素。按均匀成核模型计算得的相变激活能太大(几千电子伏)与实际不符。实验表明成核位置与缺陷有关，因而提出了位错圈成核、层错成核、应变成核等模型。近年来对一些合金的电子显微镜观察与电子衍射实验表明核胚是在相变温度以上形成的。关于预先相变的局部软模理论值得注意，它将力学稳定性的丧失与缺陷联系起来，缺陷附近的应变诱致声模先行软化，使自由能达到自由能－应变曲线的拐点形成核胚。

参考书目

1. 徐祖耀编著：《马氏体相变与马氏体》，科学出版社，北京，1980。
2. J.W.Christian，The Theory of Transformations inmetals and Alloys，Pergamon Press，London，1965.