马氏体转变

(1)变温马氏体转变。马氏体形成量仅取决于冷却到达(Ms以下)的温度，而与保温时间或冷却速度无关。同一合金系中成分不同的合金，虽然MS值不同，但马氏体形成量(f，体积分数)与(MS一Tq)的关系相同。变温马氏体的动力学方程为：

1-f=exp[a(Ms-Tq)]

式中Ms为马氏体转变(开始)温度；Tq为冷却到达温度；a为常数，取决于合金系，对于含碳10.1%以下的碳素钢，a=-0.011。图8示出碳素钢变温马氏体转变动力学曲线及与实测结果(不同标记的点)的对照。动力学的变温特性表明，此类马氏体形核和长大都是极快的，且形核量取决于过冷度。在任一过冷度，能够出现的核实际上在一瞬间就已全部形成。至于长大速度，实测一片马氏体从形核到停止长大(可贯穿奥氏体晶粒)时间为10-7～10-5s。由此估计其界面推进速度为10。cm/s数量级，相当于金属中切变波(横声波)的传播速度。此种生长，称为爆发式生长。

碳素钢的变温马氏体转变动力学曲线

(2)等温马氏体转变。少数铁基马氏体转变具有类似扩散型相变的动力学特征，在Ms以下有孕育现象，转变速度与温度之间具有带极大值的函数关系。图9示出一种铁镍锰合金的等温马氏体形成动力学图。观察表明，等温马氏体的生长也是爆发式的，因而c形曲线仅表明了形核速率与过冷度的关系。

(3)爆发型马氏体转变。某些MS点很低的合金，当冷却到达Ms时，发生爆发式形核和爆发式生长，在瞬间形成大量的马氏体。爆发后继续冷却时，动力学呈现变温特性。图10为4种铁镍碳合金的爆发型马氏体转变的转变量一温度关系，其中两种具有显著的爆发型马氏体形成。当Ms点过高或过低时，爆发量减少，甚至消失。

(4)热弹性马氏体转变。动力学曲线与变温型马氏体类同，但相变具有可逆性，并且以相界面随温度升降双向可逆的迁移实现正、逆反应。

作为一种固态相变，各种马氏体转变都具有可逆性。高温相(p)和低温相(马氏体，M)间的转化可表示为:

箭头指向表明温度变化方向，Ms、Mf分别为降温时马氏体转变开始及终了点，As和Af则分别为升温时逆转变的开始和终了点。前述三种马氏体都是在大过冷、高驱动条件下发生的，4个特性温度值与p—M相平衡温度T0之间的排列为Mf

热弹性马氏体转变与前述3类的根本性区别，在于不存在爆发式生长，而是一种变温生长机制。形核后，随温度下降相界面向高温相(p)推移，至温度停止下降或遇到障碍物(如晶界)时停止推移。逆转变是上述行为的反向，即随温度上升界面向马氏体中推移，直至马氏体片消失。对于一片马氏体而言，正逆过程可循环往复进行。As与Mf越接近(相应地，Af与Ms也越接近)的合金，在整个转变温度范围内马氏体的消长与温度升降越接近于同步。

形核和生长动力学特征的多样性使得难以建立统一的形核与生长机制，重要的学派有层错形核论、核胚冻结论和核胚(位错网)热激活扩张论。

层错形核论20世纪50年代初，克里斯钦提出面心立方一密排六方马氏体转变可由层错的形成及按特殊机制运作产生马氏体核的设想，后来逐渐发展成极轴机制和层错自发形核机制两种学说。

(1)极轴机制。面心立方(y)一密排六方(￡)转变可按体心立方金属在{112}面上扩展位错绕节点旋转产生孪晶结构的原理，如图11所示，在面心立方(111)y面上1/2a[110]y，位错分解成两条半位错b1：a/6[121]y及b2：a/6[211]y，二者中间包含的就是一个平行于(111)y、厚度为2个原子层的密排六方结构。在特定的位错组态下，两个半位错b1、b2分别绕极轴(通过b1、b2结点垂直于(111)y的直线)作正、反向旋转，可使六方结构的厚度增加，而扩展区的扩大则使六方结构的径向尺寸长大。极轴机制实际上包含了y—e马氏体转变形核和长大两个过程。

(2)层错自发形核机制。面心立方(111)y面每隔两层原子面形成扩展位错，层错区在{111}y面上平移至相互重叠(与非重叠相比，这是更低的能量状态)，形成一定厚度的e核胚。

核胚冻结论50年代后期，德国人克纳普一德林格(简称K—D)假定母相中在高温下已存在不同尺寸的马氏体核胚，在冷却到低温时被冻结下来，根据英国人弗兰克(F0.C0.Frank)关于铁碳合金中{225}y马氏体与奥氏体间的螺位错界面模型，设计了由位错网构成的{225}y马氏体核胚，又称K—D胞模型，如图12所示。平面上每隔6层原子配置一[110]y方向的螺位错(弗兰克模型)，正反向螺位错在边沿相交，形成沿圆周的刃型位错圈。这样，径向和轴向的长大都是以位错运动的方式来进行。

因而，任何尺寸的核胚，一旦发生长大，就必然是爆发式的。当温度低于平衡点T0时，相变驱动力△Gy-a成为负值。当后者绝对值达被冻结核胚中最大尺寸(rmax)者的生长阻力，，此温度即为MS点。在Ms以下，随温度下降依次启动尺寸更小的核胚。上述机制和热动力学分析比较完整地解释了变温马氏体的动力学特征。

核胚(位错网)热激活扩张论70年代，以美国人柯恩CKaufman—Cohen及Rayhavan—Cohen)的工作为代表，发展了已有核胚通过位错圈的热激活扩张形核的热动力学理论。当过冷度小、驱动力△Gy-a未达到rmax核生长所需值时，如果进行保温，则K—D位错胞的外圈——刃型位错圈，可以由热激活而向外扩张，当尺寸达到rmax时，即被启动而发生爆发式长大。