loading和MS、Mf温度对形成马氏体形态的影响。图中的箭头表示相应线条可能移动的方向，这种移动是合金成分变化引起的。线条的移动将导致滑移孪生曲线交点的移动。由图中可见，对低碳钢（MS点和Mf点均较高），引起滑移所需要的临界切应力低于引起孪生所需要的临界切应力，因而得到含高密度位错的板条马氏体。相反，如果是高碳钢（MS点和Mf点均较低），引起孪生所需要的临界切应力较小，从而得到含大量孪晶的片状马氏体。如果碳量中等，MS点和Mf点恰如图中所示之位置，在马氏体相变过程中，先形成板条马氏体，然后又可形成片状马氏体。即形成两种马氏体的混合组织。
4.4 马氏体转变热力学条件
过去，曾有不少人认为，马氏体转变不是热学性的，转变的驱动力不是马氏体与奥氏体的自由能之差。四十年代，人们在大量工作的基础上得出马氏体转变与液态金属的凝固以及钢的加热转变等是一样的，即转变的驱动力也来自新旧相的化学自由能差。但也应看到，马氏体转变确有很多不同于其它转变的在表面上看来难以用热学性质观点加以解释的特点，现已逐步弄清，这些特点是马氏体转变的特定条件所决定的。 一、 相变驱动力
马氏体转变和一般相变一样，相变的驱动力是新相与母相的化学自由能差。同一成分合金的马氏体与奥氏体的化学自由能和温度的关系如图25所示。图中T0为两相热力学平衡温度，即温度为T0时
G??G??
式中为高温相之自由能，Gαˊ为马氏体之自由能。在其它温度两相自由能不相等，则
图3-25 奥氏体和马氏体的自由焓与温度的关系?G?????G???G?
当上式为正时，马氏体自由能高于奥氏体的自由能，奥氏体比马氏体稳定，不会发生奥氏体向马氏体转变；反之，当上式为负时，则马氏体比奥氏体稳定，奥氏体有向马氏体转变的趋势，ΔGγ→αˊ即称为马氏体相变的驱动力。显然，在T0温度处，ΔGγ→αˊ=0。马氏体转变开始点MS必定在T0以下，以便由过冷提供相变所需要的化学驱动力。而逆转变开始点AS必然在T0以上，以便由过热提供逆转变所需要的
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化学驱动力。
通常把MS与T0之差称为热滞，热滞的大小视合金的种类和成分而异。Fe系合金热滞可高达200℃以上，而有的合金的热滞仅为十几度到几十度，如Au-Cd、Ag-Cd合金。
铁系合金的马氏体转变的热力学特点是，具有很大的热滞，即必须在很大的过冷度下才能发生马氏体转变，一般的马氏体转变都需要在降温过程中不断进行，等温保持马氏体转变将立即中止进行。 逆转变的热力学特征与冷却时的则好相反，相变必须在一定的过热度下才能进行，只有在AS点以上相变才能进行，而且转变是在升温过程中进行的，终了点为Af。AS与MS之差的大小视合金各类不同而异。
二、MS的定义
母相与马氏体两相之间的体积自由能之差达到相变所需的最小驱动力值时的温度。 三、马氏体相变的阻力
马氏体相变的驱动力来自马氏体与奥氏体的化学自由能之差Δ
GV，从一般相变理论的能量方程来看，相变时自由能变化为：
ΔG=ΔGV+ΔGD+ΔGS+ΔGe
其中，ΔGV为马氏体和奥氏体的化学自由焓差；ΔGD为奥氏体晶体缺陷所提供的能量；两者为相变的驱动力，过冷度越大ΔGV也越大。而ΔGS（界面能）和ΔGe（弹性能）为相变的阻力。在马氏体形成时，除形成新的相界面而消耗界面能，并因相变时比容增大和维持第二类共格关系而消耗弹性应变能之外，还需克服奥氏体的切变阻力作功。同时，马氏体形成时不仅有宏观的均匀切变，使周围的奥氏体发生塑性变形而产生表面浮凸，而且还有微观的不均匀切变，在马氏体内产生滑移和孪生，形成高密度位错和孪晶。因此，对马氏体相变来说，除ΔGS和ΔGe这两项能量消耗外，还需要在这两项之后加上若干个正项，以考虑上述各项能量消耗，可用下式表示：
ΔG=ΔGV+ΔGD+ΔGS+ΔGe+ΣΓ
可见，马氏体相变所以热滞如此之大，是由于这种相变的切变物性而引起额外的能量消耗所造成的。 四、Md、Ad的定义
T0、MS、AS都是合金成分的函数。不同的合金系AS与MS之差是不同的，例如，Fe-Ni合金中AS较MS高420℃，Au-Cd合金中AS较MS仅高16℃。实验证明，AS与MS之间的温度差可以因为引入塑性变形而减小。
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如果在MS点以上对奥氏体进行塑性变形，会诱发马氏体转变而引起MS点升高到Md，同样塑性变形也可以使AS下降到点Md。Md和Ad分别称为形变马氏体点和形变奥氏体点。因形变诱发马氏体转变而产生的马氏体，常称为形变马氏体，同样形变诱发马氏体逆转变而产生的奥氏体称为形变奥氏体。 Md的物理意义：可以获得形变马氏体的最高温度。若在高于Md点的温度对奥氏体进行塑性变形，就会失去诱发马氏体转变的作用。
Ad的物理意义：可以获得形变奥图3-26 形变诱发马氏体转变原理示意图 氏体的最低温度。若在低于Ad点的温
度对马氏体进行塑性变形，就会失去诱发马氏体逆转变的作用。 按马氏体相变的热力学条件，我们可以知道Md的上限和Ad的下限均为T0。实验证明，Co-Ni合金中Md和Ad可以重合，即Md=Ad=T0。如果某合金系中Md和Ad不重合，一般可取T0=（Md+Ad）/2。
形变诱发马氏体转变的原因：根据MS点的物理意义可知，形变之所以能诱发马氏体转变，是因为塑性变形为相提供了一定的相变驱动力。可用图3-26加以说明。ΔGVγ→α是MS时的相变驱动力，而形变能为相变所提供的能量为机械驱动力。当T=MS时，化学驱动力刚好等于ΔGVγ→α，图中ab线代表在化学驱动力上迭加上去的一部分机械驱动力。在T1温度下，化学驱动力为mn，若该温度下能提供pm的机械驱动力，则pm+mn刚好等于ΔGVγ→α，而T1 Ms点是钢的一个重要的性能指标，其高低决定了钢中奥氏体从高温冷却时所发生的马氏体转变温度范围及冷到室温时所得的组织状态。因此有必要弄清影响因素。 一、奥氏体化学成分的影响 奥氏体化学成分对MS的影响十分显著，般说来，MS主要取决于钢的化学成分，其中又以C含量的影响最为显著。 （1）碳的影响 随奥氏体碳含量的增加，MS和Mf均显著下降，但二者下降的趋势不同，随C%增加MS基本上呈连续平缓的下降，而Mf在C%<0.6% 78 下降很激烈，在C%>0.6%以后，Mf下降又变得很缓慢。C%=0.6%时，Mf约为0℃。可以看出，在C%小于0.6%以前，随C%的增加，马氏体形成的温度间隔增大。 氮（N）对MS和Mf的影响与碳的影响规律基本相似。 （2）合金元素的影响 钢中常见的合金元素，除Al和Co可以提高MS外，其它合金元素均使MS点降低。降低MS点的元素，按其影响的强烈顺序排列为：Mn、Cr、Ni、Mo、Cu、W、V、Ti，钢中单独加入Si对MS的影响不大，但是在Ni-Cr钢中Si可以降低钢的MS点。 图3-27 碳含量对Ms点的影响 图3-28 合金元素对钢Ms点的影响 原因：主要取决于合金元素对平衡温度T0的影响及对奥氏体的强化效应。凡强烈降低T0又强化奥氏体的元素，就强烈降低MS点，如Mn、Cr、Ni、Cu与C类似，即降低T0温度，又增奥氏体的屈服强度σs，所以降低MS点。Al、Co、Si、Mo、W、V、Ti等均提高T温度，但也不同程度地增加奥氏体的屈服强度σs，若提高T0的作用大时，则使MS点升高，如Al、Co；若强化奥氏体的作用大时，则使MS点降低；若两方面的作用大致相当时，则对MS点的影响不大，如Si。 元素 ΔT(℃) C -330 钢中每增加1%合金元素对MS点产生的影响 Mn Cr Ni Mo V Si -45 -35 -30 -26 -25 0 Cu -7 Co 12 Al 18 值得注意的是，合金元素的影响程度还与钢的碳含量有关，随C%的增加，合金元素影响程度增大。多种合金元素同时加入时的影响更为复杂。 二、加热规范的影响 加热温度和保温时间的影响较为复杂。加热温度高保温时间长，有利于奥氏体的合金化，可以提高奥氏体的合金化程度，使MS点下降；但是，温度高时间长奥氏体晶粒粗大、晶体学缺陷减少，这又会 79