1、四、马氏体转变动力学把 马氏体转变分成截然不同的两类：变温马氏体和等温马氏体。变温马氏体，其转变量随温度降低而增多；等温马氏体在恒定的温度下转变量随时间的延长而增多。变温(或降温)转变当奥氏体被过冷到Ms以下某一温度时，在该温度下能够形成的马氏体在其核形成的瞬间即可形成，而新核的继续形成则需依靠进一步的降温。马氏体的生长有“热弹”型和“爆发”型。变温马氏体转变 热弹性马氏体热弹型生长方式的特点在于形成薄片或楔形片马氏体，这些片随温度降低到Ms以下而逐渐形成和长大，并且随温度的升高而收缩直至消失。热弹型生长的马氏体又称为热弹性马氏体。这种热弹性行为的完整力学模拟称为伪弹性行为。大多数钢种的马氏体
2、转变是在连续冷却(变 温 或 降 温)过程中进行 的。马氏体 的 形 核 似 乎 是 在 不 需 要 热激活 的 情 况 下 发 生 的，故也把变温转变称为非热学性转变。马 氏 体 变 温 转 变 的 动 力 学 特 点 归 结 为 变 温 形 成、瞬间形核(无孕育期)和高速长大(长到极限尺寸)。在 连 续 降 温 过 程 中 马 氏 体 转 变 量 的 增 加 是 靠 一 批 批 新 的马 氏 体 片 的 不 断 形 成，而 不 是 靠 已 有 马 氏 体 片 的 继 续 长大。变温(或降温)转变IIf 1-6.96 x 10-15(455-T)5.32f=1-exp(-1.10 10-2T
3、)在Ms点 以 下 转 变 的 进 程 明 显 地 受 到 冷 却 速 度 的 影 响，即 减 慢 冷 速 或中 断 冷 却 都 会 在 一 定 程 度 上 引 起 马 氏 体 转 变 发 生 迟 滞，使 马 氏 体 转变 量 减 少 和 继 续 进 行 马 氏 体 转 变 的 温 度 下 降。这 种 现 象 称 为 奥 氏 体的热稳定化。马氏体转变体积分数f与在Ms点以下过冷度 T之间的经验关系式爆发式转变一些Ms点低于0 的Fe-Ni、Fe-Ni-C 合金，当 奥 氏 体 过 冷 至 零 下 某 一定 温 度MB(爆 发 式 转 变 温 度)时，在 一 瞬 间 会 骤 然 发 生 马 氏
4、体 转 变，形成相当大量的马氏体，这 种 马 氏 体 形 成 方 式 称 为 爆 发 式 转 变。等温转变这 类 合 金 的Ms 点均在0 以下，其 马 氏 体 转 变 完 全 是 在 等温过程中形成的。(1)在Ms点 以 下 某 一 温 度 停 留，过 冷 奥 氏 体 需 经 过 一 定 的 孕育期后才开始形成马氏体；(2)随 等 温 时 间 增 长，马氏体 转 变 量 不 断 增 多，即 转 变量是时间的函数；(3)随 转 变 温 度 的 降 低，开始 时 转 变 速 率 增 大，且 孕 育期减少，但 到 达 某 一 转 变 温度 后 转 变 速 率 反 而 减 慢（-152），且孕育期增
5、长。Fe-Ni-Mn 合 金 马 氏 体 等 温 转 变 动 力 学 它 与 珠 光 体 转 变 极 为 相 似，呈“C”形。由 于 马 氏 体 等 温 形 成 时，形 核 需 要 有 一 定 的 孕 育 期，这 表 明 必 须 通 过 热 激 活 过 程 才 能 形 核，故 也 称 其 为 热 学 性 转 变。在 任 一 温 度 下 等 温，马 氏 体 的转 变 都 是 有 限 的，即 转 变 不 能进行到底。六、不同材料中的马氏体转变 金属材料铁基合金马氏体和有色合金马氏体。铁基合金马氏体基本上有3种不同的晶体结构：bcc 或bct()马氏体和hcp()马氏体。在 碳钢中马氏体是碳在bcc
6、 铁中的过饱和间隙式固溶体，非金属材料氧化锆作为脆性陶瓷材料中的 韧化剂，在冷却过程中，氧化锆的高温立方相在 2370 转变成四方相；进一步冷却，块状氧化锆在 950 转变成单斜相，体积增加3；加热到 1170 附近，单斜相再转变为四方相这个 四方相向单斜相的转变被认为是马氏体转变。在某些晶态聚合物材料中会出现同素异构转变。如，在PTFE(聚四氟乙烯)中，满足没有或弱热激活条件的转变，可以认为是一种无扩散型转变或马氏体转变。五、马氏体的特殊性能1.马氏体的硬度和强度Fe-C 马 氏 体 具 有 高 硬 度，是 其 主 要 特 性 之 一。马 氏 体 的 硬 度主要决定于其碳含量，而合金元素的影
7、响较小。2.马氏体的塑性和韧性 马氏体 的 塑 性 和 韧 度 与 其 含 碳 量、组 织 形 态 及 亚 结 构密切相关。片 状 马 氏 体 的 亚 结 构 主 要 是 孪 晶，因 其 碳 含 量 高，相变 时 体 积 膨 胀 量 大，引 起 的 内 应 力 也 大，片与片相撞时易产生显微裂纹，这些均会增大脆性。板 条 马 氏 体 的 亚 结 构 是 高 密 度 位 错，因 其 碳 含 量 低，且 形 成 温 度 较 高 可 以 自 回 火，晶 格 的 正 方 度 较 小，其内 应 力 也 较 小，没 有 显 微 裂 纹，因 此 具 有 较 高 的 塑 性和韧性。3.热弹性马氏体与形状记忆效
8、应马 氏 体 转 变 的 特 点 之 一 是 转 变 具 有 可 逆 性(有 条 件)。在 一 系 列 铁 合 金 和 非 铁 合 金(如Fe-Ni、Ag-Cd、Cu-A1、Cu-A1-Zn、In-Ti 和Ni-Ti 等)中，均可观察到马氏体的可逆转变。在 一 些 非 铁 合 金 中 呈 现 的 是 一 种“热 弹 性 马 氏 体”可逆转变。这 种 马 氏 体 的 发 现，成 为 近 代 发 展 新 型 功 能材料-形状记忆合金 的基础。（1）、热 弹 性 马 氏 体（2）、热 弹 性 马 氏 体 的 伪 弹 性 行 为（3）、形 状 记 忆 效 应（1）热弹性马氏体在一些非铁合金中的马氏体形
9、成时，其产生的形状变化始终依靠相邻母相的弹性变形来协调，保持着界面的共格性。这样，马氏体片可随温度降低而长大，随温度升高而缩小，亦 即 温 度的升降可引起马氏体片的消长。具有这种特性的马氏体称为热弹性马氏体。出现热弹性马氏体的必要条件是；马氏体与母相的 界 面 必 须 维 持 共 格 关 系。母 相 应 具 有 有 序 点 阵 结 构，以 实 现 转 变 的 完 全可逆性。具 有 热 弹 性 马 氏 体 的 合 金，如 果 在Ms Md温 度 范 围 内 对 其 施 加应力，也可诱发马氏体转变，并且随应力的减增可引起马氏体片的消长。加载时，先发生弹性变形(oa)；随 后 因发生了 应 力 诱
10、发 马 氏 体 转 变 使试样产生宏观变形(ab)，卸 载 时，部 分 弹 性 恢复(bc)后发生逆转变使宏观变形得到恢复(cd)；最 后 再 发 生 弹 性 恢 复(do)。这种由 应 力 变 化 引 起 的 非 线 性 弹 性 行 为，称为 伪 弹 性，又 因 其 弹 性 应 变 范 围 较大(可 达 百 分 之 十 几)，也称为 超 弹 性。与 热 弹 性 行 为 相 比，其 致 变 因 素 是 应力，而不是温度。（2）热 弹 性 马 氏 体 的 伪 弹 性 行 为（3）形 状 记 忆 效应如将合金再次冷到Mf温度以下，它 又 会 自 动 恢 复 到 原 来 经 塑 性变 形 后 马 氏 体 的 形 状，这 表 明对 马 氏 体 状 态 的 形 状 也 具 有 记忆功能 双程记忆效应。双 程 形 状 记 忆 效 应 往 往 是 不 完全的，并 且 随 冷 热 循 环 的 不 断进行，其效应会逐渐衰减。某 些 合 金 在 马 氏 体 状 态 下 进 行 塑 性 变 形 后，再 将 其 加 热 到Af温度(马 氏 体 转 变 逆转变 终 止 温 度)以上，便 会 自 动 恢 复 到 母相 原 来 的 形 状，这 表 明 对 母 相 形 状 具 有 记 忆 功 能 单 程 记忆效应；
