馬氏體相變

馬氏體相變時在一定的母相面上形成新相馬氏體，這個面稱為慣習（析）面，它往往不是簡單的指數面，如鎳鋼中馬氏體在奧氏體(γ)的{135}上最先形成（圖7）。馬氏體形成時和母相

的界面上存在大的應變。為了部分地減低這種應變能，會發生輔助的變形，使界面改變如圖7中由{135}變為{224}面。圖7中馬氏體呈透鏡狀，它具有中脊面，是孿晶密度很高的面，即{135}γ面，這些馬氏體內部的孿晶是馬氏體內的亞結構。在鐵基合金的馬氏體中存在孿晶或（和）位錯，在非鐵合金中一般存在孿晶或層錯。由圖7還可見到：在馬氏體周圍的母相（奧氏體）中形成密度很高的位錯，這是在馬氏體相變時，母相發生協作形變而形成的。

由於馬氏體相變時原子規則地發生位移，使新相(馬氏體)和母相之間始終保持一定的位向關係。在鐵基合金中由面心立方母相γ變為體心立方(正方)馬氏體M時具有著名的курдюмов-Sachs關係(簡稱K-S關係){111}γ∥{011}M,<01ī>γ∥<ī11>M和西山關係；{111}γ∥{110}M，<211>γ∥<110>M。由面心立方母相P變為六方馬氏體ε時，則有：{111}p∥{001}ε,<110>p∥<110>ε。

馬氏體相變規律在工業上的應用，已具顯著效果。除馬氏體強化普遍應用於鋼鐵外，在鋼鐵熱處理中還利用相變規律來控制變形，以及改善性能。人們目前對鐵基合金的成分、馬氏體形態和力學性質之間的關係已有較明晰的認識，具備位錯亞結構的低碳型(條狀)馬氏體有一定的強度和良好的韌性，具備孿晶亞結構的高碳型(片狀)馬氏體有很高的強度但韌性很差。按此，低碳馬氏體已在工業上有較大量的應用。形變熱處理的應用，以及馬氏體時效鋼(含碳~0.02%)的創製都是利用低碳馬氏體的良好韌性。圖11是低碳型馬氏體的光學顯微鏡下的金相組織；圖12是低碳型馬氏體的透射電子顯微鏡下的金相組織，可以見到內部的位錯亞結構。利用馬氏體相變時塑性增長，已建立了相變誘發塑性鋼(TRIP鋼)(見形變熱處理)。

有些合金如(Au-Cd，In-Tl等)在受一定應力時會誘發形成馬氏體，相應地產生應變，應力去除后馬氏體立即逆變為母相，應變回復。這現象稱為"偽彈性"。圖13示Ag-Cd合金的偽彈性現象。具有熱彈性和偽彈性的部分合金中還具有"形狀記憶效應"，即合金經馬氏體相變后經過形變使形狀改變，但經過加熱逆變后對母相原來形狀有記憶效應，會自動回復母相的原來形狀，圖14為形狀記憶效應示意圖。有的合金不但對母相形狀，而且再次冷卻時對馬氏體形狀也具有記憶效應稱為"雙程記憶效應"。利用這種效應製成的形狀記憶合金，已可工業應用。

幾十年來馬氏體相變的研究，從表象逐步深入到相變的本質，但是對一些根本性問題還

認識得不很完整。馬氏體相變時母相和新相成分相同，因此可以把合金作為單元系進行相變的熱力學研究。用熱力學處理來計算Ms 溫度以及驗證相變過程的工作還處於發動階段。雖然從實驗上可以得到相變的慣習(析)面、取向關係以及應變數，但相變過程中原子遷動的過程尚未了解。晶體學的表象理論，應用數學(矩陣)處理，預測馬氏體相變過程的形狀改變是均勻點陣形變、不均勻形變和剛性轉動的結果；這隻在Au-Cd、Fe3Pt及高鎳鋼和高鋁鋼中得到驗證，對大多數合金還不完全與實驗結果相符合。在某些馬氏體相變前觀察到物理性質異變(如彈性模量下降)揭示了相變前母相點陣振動(聲學模)的軟化，預相變和軟模已為人們所注意。馬氏體相變研究歷史較久，工業上應用較廣，也開始對金屬和非金屬的馬氏體相變進行統一的研究。

徐祖耀:《馬氏體相變與馬氏體》，科學出版社，北京，1980。 Z. Nishiyama,Martensitic Transformation,Academic Press, New York, 1978.

Morris Cohen & C. M. Wayman,Metallargical Treatise,中美冶金會議論文集ed. by J.K.Tien,J.F.Elliott, Met.Soc.AIME.,pp.445~466,1981.