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馬氏體由奧氏體急速冷卻（淬火）形成，這種情況下奧氏體中固溶的碳原子沒(méi)有時(shí)間擴(kuò)散出晶胞。當(dāng)奧氏體到達(dá)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度（ms）時(shí)，馬氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始產(chǎn)生，母相奧氏體組織開(kāi)始不穩(wěn)定。在ms以下某溫度保持不變時(shí)，少部分的奧氏體組織迅速轉(zhuǎn)變，但不會(huì)繼續(xù)。只有當(dāng)溫度進(jìn)一步降低，更多的奧氏體才轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。最后，溫度到達(dá)馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度mf，馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束。馬氏體還可以在壓力作用下形成，這種方法通常用在硬化陶瓷上（氧化釔、氧化鋯）和特殊的鋼種（高強(qiáng)度、高延展性的鋼）。因此，馬氏體轉(zhuǎn)變可以通過(guò)熱量和壓力兩種方法進(jìn)行。

馬氏體和奧氏體的不同在于，馬氏體是體心正方結(jié)構(gòu)，奧氏體是面心立方結(jié)構(gòu)。奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變僅需很少的能量，因?yàn)檫@種轉(zhuǎn)變是無(wú)擴(kuò)散位移型的，僅僅是迅速和微小的原子重排。馬氏體的密度低于奧氏體，所以轉(zhuǎn)變后體積會(huì)膨脹。相對(duì)于轉(zhuǎn)變帶來(lái)的體積改變，這種變化引起的切應(yīng)力、拉應(yīng)力更需要重視。

馬氏體在fe-c相圖中沒(méi)有出現(xiàn)，因?yàn)樗�不是一種平衡組織。平衡組織的形成需要很慢的冷卻速度和足夠時(shí)間的擴(kuò)散，而馬氏體是在非�？斓睦鋮s速度下形成的。由于化學(xué)反應(yīng)（向平衡態(tài)轉(zhuǎn)變）溫度高時(shí)會(huì)加快，馬氏體在加熱情況下很容易分解。這個(gè)過(guò)程叫做回火。在某些合金中，加入合金元素  會(huì)減少這種馬氏體分解。比如，加入合金元素  鎢，形成碳化物強(qiáng)化機(jī)體。由于淬火過(guò)程難以控制，很多淬火工藝通過(guò)淬火后獲得過(guò)量的馬氏體，然后通過(guò)回火去減少馬氏體含量，直到獲得合適的組織，從而達(dá)到性能要求。馬氏體太多將使鋼變脆，馬氏體太少會(huì)使鋼變軟。

性能

眾所周知，馬氏體是強(qiáng)化鋼件的重要手段，而且一般認(rèn)為，馬氏體是一種硬而脆的組織，尤其是高碳片狀馬氏體。要想提高淬火鋼的塑性和韌性，必須用提高回火溫度的方法，犧牲部分強(qiáng)度而換取韌性，就是說(shuō)強(qiáng)度和塑性很難兼得。但是近年來(lái)的研究工作表明，這種觀點(diǎn)只是適用于片狀馬氏體，而板條狀馬氏體不是這樣，板條狀馬氏體不但具有很高的強(qiáng)度而且具有良好的塑性和韌性，同時(shí)還具有低的脆性轉(zhuǎn)變溫度，其缺口敏感性和過(guò)載敏感性都較低。

馬氏體的硬度和強(qiáng)度

鋼中馬氏體機(jī)械性能的顯著特點(diǎn)是具有高硬度和高強(qiáng)度。馬氏體的硬度主要取決于馬氏體的含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。馬氏體的硬度隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而升高，當(dāng)含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.6％時(shí)，淬火鋼硬度接近最大值，含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步增加，雖然馬氏體的硬度會(huì)有所提高，但由于殘余奧氏體數(shù)量增加，反而使鋼的硬度有所下降。合金元素  對(duì)鋼的硬度關(guān)系不大，但可以提高其強(qiáng)度。

馬氏體具有高硬度和高強(qiáng)度的原因是多方面的，其中主要包括固溶強(qiáng)化、相變強(qiáng)化、時(shí)效強(qiáng)化以及晶界強(qiáng)化等。

(1)固溶強(qiáng)化。首先是碳對(duì)馬氏體的固溶強(qiáng)化。過(guò)飽的間隙原子碳在a相晶格中造成晶格的正方畸變，形成一個(gè)強(qiáng)烈的應(yīng)力場(chǎng)。該應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)發(fā)生強(qiáng)烈的交換作用，阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)從而提高馬氏體的硬度和強(qiáng)度。

(2)相變強(qiáng)化。其次是相變強(qiáng)化。馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，在晶格內(nèi)造成晶格缺陷密度很高的亞結(jié)構(gòu)，如板條馬氏體中高密度的位錯(cuò)、片狀馬氏體中的孿晶等，這些缺陷都阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，使得馬氏體強(qiáng)化。這就是所謂的相變強(qiáng)化。實(shí)驗(yàn)證明，無(wú)碳馬氏體的屈服強(qiáng)度約為284mpa,此值與形變強(qiáng)化鐵素  體的屈服強(qiáng)度很接近，而退火狀態(tài)鐵素  體的屈服強(qiáng)度僅為98~137mpa，這就說(shuō)明相變強(qiáng)化使屈服強(qiáng)度提高了147~186mpa

(3)時(shí)效強(qiáng)化。時(shí)效強(qiáng)化也是一個(gè)重要的強(qiáng)化因素  。馬氏體形成以后，由于一般鋼的點(diǎn)ms大都處在室溫以上，因此在淬火過(guò)程中及在室溫停留時(shí)，或在外力作用下，都會(huì)發(fā)生自回火。即碳原子和合金元素  的原子向位錯(cuò)及其它晶體缺陷處擴(kuò)散偏聚或碳化物的彌散析出，釘軋位錯(cuò)，使位錯(cuò)難以運(yùn)動(dòng)，從而造成馬氏體的時(shí)效強(qiáng)化。

(4)原始奧氏體晶粒大小及板條馬氏體束大小對(duì)馬氏體強(qiáng)度的影響。原始奧氏體晶粒大小及板條馬氏體束的尺寸對(duì)馬氏體強(qiáng)度也有一定影響。原始奧氏體晶粒越細(xì)小、馬氏體板條束越小，則馬氏體強(qiáng)度越高。這是由于相界面阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)造成的馬氏體強(qiáng)化。