第九章材料的亞穩態（3）馬氏體轉變轉變特點:(1)無擴散性(2)切變共格與表面浮凸(3)慣習面及位向關系(4)轉變是在一個溫度范圍內進行的(5)轉變不完全馬氏體轉變是一類無擴散型的固態相變，馬氏體為亞穩相。將鋼加熱至奧氏體后快速淬火，所形成的高硬度的針片狀組織。馬氏體轉變性能:高強度、高硬度相變強化固溶強化細晶強化SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E馬氏體的亞結構馬氏體組織內往往由密度較高的位錯或較細的孿晶為其亞結構。這種亞結構，例如孿晶，表明有些區域經過了切變，而有的區域則未經切變。可見，馬氏體內的亞結構是相變時不均勻（局部）切變的產物。馬氏體轉變（組織結構與形態）板條馬氏體片狀馬氏體位錯馬氏體孿晶馬氏體低碳馬氏體高碳馬氏體SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E鋼中馬氏體形貌馬氏體轉變（晶體學特點）?2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E馬氏體片形成時產生的浮凸示意圖不變平面應變傾動面一直保持為平面發生馬氏體相變時，雖發生了變形，但母相中的任一直線仍為直線，任一平面仍為平面，這種變形即為均勻變形。造成均勻變形且慣習面為不變平面的應變即為不變平面應變。Bain轉變模型示意圖K-S關系(<1.4%C)：{111}γ//{110}m,{110}γ//{111}m西山關系(>1.4%C)：{111}γ//{110}m,{211}γ//{011}m馬氏體片轉變情況馬氏體片形成只能通過滑移或孿生方式實現。馬氏體內部亞結構由高密度位錯和大量微孿晶所組成。二、共析鋼過冷奧氏體轉變產物1.珠光體型轉變（高溫轉變）區2.貝氏體型轉變（中溫轉變）區3.馬氏體型轉變（低溫轉變）區★SmithWF.FoundationsofMaterialsScienceandEngineering.McGRAW.HILL.3/E馬氏體轉變動力學變溫馬氏體相變，與溫度有關，瞬間（幾分之一秒內）劇烈地形成大量馬氏體，有的高達70%M。鋼的化學成分對馬氏體點的影響等溫馬氏體轉變：FeNiMn,FeNiCr,CuAu,CoPt高鎳鋼中馬氏體等溫轉變曲線（Ni:23wt％）膨脹法：利用母相與馬氏體之間比容的不同電阻法：利用兩相間電容的不同磁性法：奧氏體不具有鐵磁性，馬氏體具有鐵磁性。只可用于鋼鐵材料。金相法：回火馬氏體易于腐蝕，淬火馬氏體不易腐蝕。馬氏體轉變動點測量溫度As=510℃510電阻溫度120Ms=120℃電阻熱彈性馬氏體馬氏體隨著加熱和冷卻，母相和馬氏體之間互相轉換，具有可逆性。1）相變驅動力小，熱滯小。2）馬氏體和母相的相界面能做正、逆向移動，界面共格關系未破壞。3）形狀應變為彈性協作性質，彈性儲能提供逆向相變的驅動力。4）母相具有高的彈性極限5）母相應呈有序化狀態。熱彈性馬氏體轉變熱彈性馬氏體形貌示意圖(2)馬氏體形態與性能片狀馬氏體組織：當碳含量大于1.0%時，則形成片狀馬氏體,或針狀馬氏體（亦稱高碳馬氏體，孿晶馬氏體）

。在光學顯微鏡中呈竹葉狀或凸透鏡狀，在空間形同鐵餅。性能特點：得到的高碳片狀馬氏體過飽和度大，嚴重的晶格畸變產生大的內應力，大片之間易產生顯微裂紋。片狀馬氏體具有高的硬度和強度，但塑性和韌性很低。球墨鑄鐵淬火G球+M+Aˊ15鋼淬火組織M低高碳馬氏體低碳馬氏體應力（磁、電）驅動的馬氏體相變形狀記憶效應和形狀記憶合金在發生了塑性變形后，經過合適的熱過程，能夠回復到變形前的形狀，這種現象叫做形狀記憶效應（SME）。具有形狀記憶效應的金屬，稱為形狀記憶合金（SMA）。形狀記憶合金可以分為三種（1）單程記憶效應形狀記憶合金在較低的溫度下變形，加熱后可恢復變形前的形狀，這種只在加熱過程中存在的形狀記憶現象稱為單程記憶效應。（2）雙程記憶效應某些合金加熱時恢復高溫相形狀，冷卻時又能恢復低溫相形狀，稱為雙程記憶效應。（3）全程記憶效應加熱時恢復高溫相形狀，冷卻時變為形狀相同而取向相反的低溫相形狀，稱為全程記憶效應。熱彈性馬氏體相變及形狀記憶效應C0C8C6C4C2U1U2U3NiMnGa單胞C8顯微形貌和電子衍射圖孿晶孿晶結構慣習面不同取向孿晶二次孿晶Φ為85.04°

79.70°100.30°貝氏體的等溫轉變曲線貝氏體相變

貝氏體的形成珠光體相變貝氏體相變馬氏體相變原子擴散鐵原子擴散無擴散無碳原子擴散擴散無點陣改組擴散切變共格切變共格貝氏體的形貌及其亞結構上貝氏體其貝氏體鐵素體板條成束地自晶界向晶內生長，在光學顯微鏡下形似羽毛狀，故有羽毛狀貝氏體之稱，板條間的滲碳體呈粒狀或短片狀，可在電子顯微鏡下觀察到滲碳體的形態。

上貝氏體形態(a)光學顯微照片

1300×(b)電子顯微照片

5000×性能特點：上貝氏體中鐵素體片較寬，塑性變形抗力較低；同時滲碳體分布在鐵素體片之間，容易引起脆斷，因此強度和韌性都較差。工業生產中一般不用這種組織的材料來制造機械零件。

共析鋼中上貝氏體組織特征

對于碳鋼而言，貝氏體的形成溫度：550～350℃Bα：條狀，接近平衡含碳量，長短不一，光鏡下整體呈羽毛狀

Bc：粒狀、鏈狀、短片狀（不連續）相鄰Bα：6～18°相鄰束：51°、97°、120°

亞結構：位錯（密度較低）下貝氏體（350℃～Ms）貝氏體片之間互成交角，金相顯微鏡下常可觀察到的“竹葉狀”組織即為之。無論是條狀的還是片狀的貝氏體鐵素體。其內部總有細微碳化物沉淀，它們大多與鐵素體的主軸呈55～60°。

(2)下貝氏體形態性能特點：下貝氏體中鐵素體針細小，無方向性，碳的過飽和度大，位錯密度高，且碳化物分布均勻、彌散度大，所以硬度高，韌性好，具有較好的綜合機械性能。生產實踐中應用于要求高強韌性的工件（如工模具等）。(a)光學顯微照片500×(b)電子顯微照片12000×Cr-Ni鋼中下貝氏體組織特征Bα：針狀，過飽和度增加，互呈一定角度，金相形態為“竹葉狀”Bc：與針片的主軸成55～60°，呈顆粒狀分布，平行排列析出上下貝氏體的主要區別在于貝氏體鐵素體的形態及其碳化物的析出位置的不同；下貝氏體和片狀馬氏體雖然同為片狀，但前者為復相組織，易于腐蝕，而后者為單相組織，不易腐蝕。

其它貝氏體無碳化物貝氏體粒狀貝氏體貝氏體的力學性能①強度和硬度強度和轉變溫度的關系隨轉變溫度的下降而升高，且下貝氏體的強度高于上貝氏體的。②韌性下貝氏體的沖擊韌性優于上貝氏體的，且下貝氏體的韌脆轉化溫度亦低于上貝氏體的。貝氏體的形成機理貝氏體形成機理示意圖在較高溫度形成無碳化物貝氏體形成溫度較高時，碳不僅可在鐵素體中擴散，而且可在奧氏體中均勻可在奧氏體中迅速擴散，使碳原子在奧氏體中均勻分布，阻止碳化物的析出，從而形成無碳化物貝氏體。由于轉變溫度較高，過冷度較小，新相和母相之間的自由能差較小，這不足以補償更多新相形成時所需消耗的界面能及各種應變能，從而形成的貝氏體鐵素體量較少，鐵素體板條也就長得較寬，條間距亦較大。

在貝氏體上部溫度區形成上貝氏體溫度稍低，碳仍可在鐵素體中充分擴散，而在奧氏體中的擴散卻不能充分進行；由于過冷度較大，相變驅動力增大，形成的鐵素體量增多，板條較密，由鐵素體擴散進入奧氏體的碳不能充分擴散，只能在鐵素體板條間以粒狀或短桿狀碳化物析出，從而得到羽毛狀上貝氏體。隨轉變溫度的下降，貝氏體鐵素體量增多，板條趨窄；隨著碳的擴散系數的減小，碳化物亦趨細。

在下部溫度區形成下貝氏體

碳在奧氏體中的擴散難以進行，在鐵素體中的擴散亦受到限制，導致碳的擴散被限制在鐵素體中作短程擴散，并在一定的晶面上偏聚，進而以碳化物的形式析出，從而形成片狀鐵素體基體上與主軸呈一定交角排列成行的上貝氏體。轉變溫度愈低，鐵素體的過飽和度愈高，形成的碳化物的彌散度也愈高。貝氏體的等溫轉變曲線貝氏體轉變動力學轉變速度比馬氏體相變慢得多!M：10-5～10-7s/片，瞬間形核并長大，無孕育期。

B：縱向伸長比橫向加寬快，但僅達到0.012cm/min。形核需一定的孕育期。

轉變的不完全性碳鋼、中碳錳鋼、中碳硅錳鋼：降至某一溫度，A→B（完全）大多數合金鋼：部分轉變；

Bs以下，T↓，B%↑與珠光體轉變和馬氏體轉變重迭先形成少量馬氏體，對B轉變有促進作用。（結構有利）貝氏體轉變的控制因素為碳的擴散能力形成激活能Q:

上貝：1.43×105

下貝:

單位：J/mol1.34×1058.4×1045.9×104板狀馬氏體①馬氏體變溫形成，與t保無關；②馬氏體轉變不完全性，鋼中常存在殘余A（性能下降）,常要求淬火T接近Mf“冷處理”.③馬氏體性能與含碳量有關非擴散型（Fe和C均不擴散）C在α-Fe中的過飽和固溶體（bcc）240～-50M片（針）狀馬氏體馬氏體板狀：低碳鋼中，F和Fe2.4C的復相組織。片狀：高碳鋼中，復相組織。F飽和+Fe2.4C350～240B下下貝氏體羽毛狀：在平行密排的過飽和F板條間，不均勻分布短桿（片狀）Fe3C,脆性大，工業上不應用半擴散型（只有C擴散）F飽和+Fe3C550～350B上上貝氏體貝氏體間距：0.03～0.08μm，2000×600～550T屈氏體間