马氏体组织的形成过程

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马氏体长大的过程是相界面推移的过程。由于两相的比体积差、界面共格等因素作用，引起弹性应变能的增加，应变能的增大导致马氏体长大过程受阻，最终马氏体片停止长大。这个过程分为以下三个阶段：

1）第一阶段的马氏体转变量为0～20％，属于上升阶段。马氏体片在母相晶体中各有利方向“自由”地形核长大，各个马氏体片之间相互干扰很小。观察表明，马氏体首先在母相（如奥氏体）界面处形核，沿着界面长大，并向晶内长大，图1所示为将60Si2CrV弹簧钢加热到950℃奥氏体化，然后冷却到260℃等温3min，优先沿原奥氏体晶界形成少量变温马氏体，然后淬火到室温，少量变温马氏体由于等温时被回火，经硝酸酒精浸蚀后在扫描电镜下观察呈黑色，其余的淬火马氏体为灰白色。可见，第一阶段形核长大的马氏体沿着晶界长大，也沿着惯习面向晶内长大。马氏体片在长度和厚度方向上的生长是热弹性的，即在冷却过程中增大，而在加热过程中减小。

图1 马氏体片优先沿原奥氏体晶界形成（SEM）

2）第二阶段的马氏体转变量为20％～70％。这一阶段也应当是马氏体的形核长大过程，虽然较少观察到马氏体的形核，其特点是自调节的变体组群的形成和推进。按照惯习面的面族的不同取向形成马氏体变体组，各变体引起的弹性能互相抵消一部分，因而一个组群马氏体的形成引起的弹性应变能被降低，这有利于马氏体片的形成和推进。这就是“自调节”作用，科学技术哲学称其为自组织过程。图2所示为马氏体长大的第二阶段示意图（图2a）和Cu-Zn-Al合金马氏体长大的电镜照片（图2b）。

图2 马氏体长大第二阶段的示意图及电镜照片
将CrWMn钢加热到1100℃，保温30min，油中淬火，得到粗大马氏体组织，如图3所示。由图中可见到与图2相似的情况，即先形成的马氏体片粗大，在大片马氏体之间是后形成的马氏体，尺寸较小，它们互成夹角分布。这就是所谓第二阶段马氏体片长大的情景。

图3 CrWMn钢马氏体片长大情景（OM）

3）第三阶段的马氏体转变量为70％～100％，属于递减阶段。此阶段的特点是母相晶粒已经被马氏体片分割成许多小块区域，新生的马氏体只能在分割包围的高应力区域内形核长大。马氏体形核长大越来越困难，马氏体片尺寸越来越小。此阶段所占的温度范围较大，但转变量较小，最后还可能有受胁迫的奥氏体不能转变为马氏体而残留下来。图4所示为CrWMn钢粗大马氏体＋残留奥氏体组织，图中在黑色马氏体片夹缝中残留着奥氏体（白色区）。

图4 CrWMn钢粗大的马氏体＋残留奥氏体组织

当马氏体长大到第三阶段，在马氏体片分割包围的母相的小区域中再形成马氏体晶核并长大是越来越困难的。这时马氏体片的生长受到周边马氏体的限制和影响，表现为：①新的马氏体片的生长在原来马氏体引发的弹性应变场中进行；②新马氏体片的尺寸受被分割的母相区域尺寸的限制，由于这些小区域的尺寸越来越小，新马氏体片可迅速长大到这些区域的大小，片短而厚。马氏体片多呈夹角相遇，不断改变方向，以调节应变能。