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马氏体转变与力学性能关系摘要：马氏体转变是一种切变型的,无成份改变的,无扩散的和无热激活的位移型相变。马氏体是应用于物理冶金上表示无扩散相变产物的通称。在铁基材料、有色金属材料和一些非金属晶体材料中都会发生马氏体转变。马氏体转变是许多重要工程材料进行强化的极其重要手段,因而受到极大的重视。马氏体转变的研究进展很快。本文吸取近一二十年来国内外的研究成果从其相变特征、形态、热力学、动力学、晶体学、性能和有色金属、陶瓷材料、形状记忆合金中的马氏体相变诸方面加以叙述,以期人们有较深刻的认识和了解。关键词:马氏体相变;显微组织;晶体学;力学性能Abstract:Martensitic transformation is a displacive transition which takes place by shear,non component-changing,diffusionless,and nonthermally activated process. Martensite is a generic name for the productsof non-diffusional phase transformation in physical metallurgy. Martensite transformation may occur in fer-rous and non-ferrous metal materials,as well as some non-metal crystal materials etc. Being very importantstrengthening method for many engineering materials as the martensite transformation does,it is focusedclosed attention. Recently,it is research on martensitic transformation that gains extend progress. The au-thorselucidatemartensitictransitionfeatures,morphology,thermodynamics,kinetics,crystallography,properties and martensite transition in non-ferrous metal,ceramics and shape-memory alloys in order to geta profound understanding associated with the main research results in recent twenty years at home and abroad.Keywords:martensitictransformation;microstructure;crystallography;mechanical properties马氏体相变是一种切变型的、无成分改变、无扩散和无热激活的以晶格畸变为主的第二类位移型相变13。晶体中原子作协同式位移产生形状的改变,呈不变平面应变特征的一级的形核长大型相变5。简单地讲,合金中置换式原子无扩散切变产生形状改变的相变。转变产物为马氏体,一般都为亚稳定相。在钢中,马氏体一般定义为碳在-Fe(bcc晶体结构)中的过饱和固溶体。尽管,目前已经知道,在低碳钢的马氏体转变过程中,碳会发生短距离的扩散,但在-Fe中碳仍处于过饱和状态。现在,马氏体是应用于物理冶金上表示为无扩散相变产物的通称4。马氏体相变在下列材料中都会发生:(1)具有同素异构转变的纯金属(Co、Fe、Ti、Zr和Hf);(2)许多重要的工程材料(碳钢、合金钢等);(3)铁基合金材料(Fe-Ni、Fe-Mn、Fe-Cr);(4)非铁基有色合金(Cu-Al、(+)Ti合金);(5)形状记忆合金(Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Ni、Ti-Ni);(6)一些非金属晶体材料,一些矿物材料,陶瓷无机化合物,超导体材料,甚至聚合物4。在金属中常见的马氏体相变有下列几种类型2:(1)面心立方-体心立方(正方)(Fe-C、Fe-Ni、Fe-Cr-C等);(2)面心立方-面心四方(In-Tl合金);(3)体心立方-正交(Au-Cd合金);(4)体心立方-密排六方(Co)1,2,6。 通过淬火得到马氏体是强化钢制工件的重要手段。在淬成马氏体后，虽然还要根据需要重新加热到不同温度进行回火，但回火后所得的性能在很大程度上仍决定于淬火所得的马氏体的性能，因此，有必要对马氏体的性能进行了解。对于一个结构件来说，重要的不仅仅是硬度和强度，而是硬度、强度与塑性、韧性的配合。因此有必要对马氏体的强度和韧性作全面的了解。一.马氏体的硬度和强度。1.马氏体的硬度主要取决于马氏体碳的含量与合金元素的加入关系不大。当钢含碳量为.6%0.7%时，淬火后钢的硬度可达最大值。含碳量再增加刚的硬度值基本不变。过共析钢加热淬火时会使组织中奥氏体增加是钢的硬度下降，马氏体的硬度随其含碳量的增加而加大。为保证钢淬火后有较钢的硬度，过共析钢的淬火温度不宜过高一般将用ac1+3050以使奥氏体中的碳含量降低，保留一部分碳化物增加耐磨性M中c%不至于过高阻止sv上升。2.马氏体的硬度马氏体有很多的硬度，但因其周围总存在残余Ar很难测量，一般先测出钢的强度，再减去奥氏体的影响所以数据是推测出来的。（1）相变强化当奥氏体转变马氏体时由于发生共格切变，使马氏体内部长生大量的缺陷，如位错，孪晶等，使其得到强化，马氏体的强化与其内不为错容度的关系为 马氏体中的孪晶使晶体变形时的位错滑移方向，发生转折，因而增大了位错运动的阻力，钢的亚结构为孪晶时，位错滑移较所需切应力是无孪晶时的10.21.20倍。实验数据是10.81030倍，若有k沿孪晶面分布时，孪晶对强度贡献上升，当含碳量相同时孪晶马氏体的强度略高于位错马氏体。（2）固溶强化主要谈在 Fe中形成过饱和的间隙固溶体的强化作用，当碳溶入时形成的碳原子占据位置中心的强大应力场，当晶体变形使位错通过将受到强烈的阻碍作用是强度上升。当c%0.4%时随含碳量的上升强度上升的明显。（3）时效强化析出现象：过饱和的固溶体在室温下溶质原子会自发的在固溶体点阵的一定区域内聚集或者形成第二相这种过程成为析出，他是溶解的逆过程。时效：在析出过程中钢的性能随之发生改变的现象。时效强化：伴随析出过程金属强度提高的现象。有理论计算得知。在钢中只需几秒碳原子就可以通过短距离的扩散形成碳的偏聚区，这些偏聚区对位错有定扎作用，可以阻碍为错的移动。提高马氏体的强度，且MC%越高，时效强化作用就越显著，通常使用钢的Ms点在室温和室温以上，故钢在淬火后，在室温下将会发生马氏体的时效强化，大多数情况下固溶强化起作用。（4）A晶粒大小及马氏体板条群的尺寸对马氏体强度的影响A晶粒细小，淬火候马氏体针和板条群也细小，马氏体将有较高强度，它们之间存在Hall-petch关系。当钢的硬度提高时，上述影响减弱，此时其他强化作用增强，超过晶界的强化作用。3、马氏体的硬度与强度的关系（1）马氏体的硬度与含碳量之间的关系，含碳量大于0.3%时，由孪晶贡献使硬度增加。（2）马氏体的硬度和强度得以很好配合。二马氏体的韧性和塑性1、传统的观点认为，马氏体的韧性与塑性主要取决于亚结构。实验依据比较位错马氏体和孪晶马氏体的韧性时可以发现脆性转折温度，在一温度范围内，金属的韧性突然下降，此时断口由韧性断口和脆性断口各占50%组成，此时所对应的温度称为脆性转变温度。2、近期内的观点，Thomos在对低碳钢和无碳NiCo合金研究发生决定马氏体的塑韧性高低的主要原因，是马氏体在外力作用下产生变形方式，如果孪晶马氏体在外力的作用下，一位错滑移方式变形，则其韧性与位错马氏体相差无几，只是当孪晶马氏体一孪晶方式变形时，其韧性才明显下降。3、实验表明，当含碳量小于0.4%时，马氏体具有很高的韧性，当大于0.4%时马氏体的韧性快速下降，所以淬火加热时，加热温度不宜过高，以防奥氏体含碳量过高。4、位错马氏体具有良好的强韧性原因。（1）低碳位错马氏体的孪晶马氏体的含碳量低，其晶格畸变程度小，对韧性的不良影响小。（2）位错的亚结构可动性大，变形方式为位错滑移，可以缓和应力集中，延缓裂纹形成及扩散。（3）大部分有位错亚结构的马氏体板条，相变时各板条互相平行，互相的碰撞，所以出裂纹。（4）实验使用位错马氏体 ，其形成温度较高，在一般的条件下，冷却到室温时会有回火过程发生，使内应力降低，有利于改善韧性。5淬火态孪晶马氏体的强度韧性配合不佳的原因。（1）孪晶马氏体比位错马氏体的含碳量高，使畸变程度大。形成温度低很少有自身回火，所以内应力大，脆性大，韧性低。（2）孪晶的存在使位错的话一起阻碍作用。1孪晶的存在使位错的运动称之字形弯折使位错阻力上.2当为错在孪晶马氏体运动时滑移系与孪晶的方向一致时才能开动，而那些与孪晶方向不一致的滑移系难于开动。所以就等于减少了晶体的滑移系。3孪晶马氏体中常常有微裂纹，在外力作用下，这些微裂纹可以联通一致导致宏观裂纹，使M的韧性下降。4孪晶马氏