图 3 碳原子在铁基底里面的位置

4 相变

相变是指物质从一种相转变为另一种相的过程。热力学分类把相变分为一级相变与 二级相变；按相变方式分类分为成核-长大型相变和连续型相变。研究相变的主要目的在 于提高材料的性能，因为材料的微观结构能决定宏观性能。如图 4 所示为铁碳相图。

图 4 铁碳相图

5 钢铁中的相变

奥氏体化相变：如图二为铁-碳相图。共析钢奥氏体冷却到临界点 A1 以下温度时， 存在着共析反应，即：A---F+Fe3C。加热时会发生逆共析反应，即：F+Fe3C----A。逆共 析转变是一种在高温下进行的扩散性相变，转变的整个过程可以分为四个阶段，即：

（1）奥氏体形核 ：奥斯体的形核通过形核和长大完成，奥氏体的晶核依靠系统的能 量起伏、浓度起伏和结构起伏而形成；

（2）奥氏体晶核长大：奥氏体的长大过程其实就是两个界面向原来的铁素体和渗碳体 中推移的过程，该过程中的驱动力是奥氏体中的碳浓度差；

（3）剩余碳化物的溶解：由于奥氏体中铁素体的溶解速度大于渗碳体的溶解速度，使 渗碳体过剩而溶入奥氏体中；

（4）奥氏体的均匀化：继续加热或者保温，借助碳原子的扩散使碳原子的分布均匀。 奥氏体形成的热力学条件是必须存在过冷度或过热度∆T。奥氏体的形核位置通常是 在铁素体和渗碳体两相界面上。奥氏体其实是不均匀形核，其符合固态相变的一般规

律。

我们一般认为奥氏体的形核位置是在铁素体和渗碳体的交界面上。这是因为铁素体 碳含量极低（小于 0.02%），渗碳体的碳含量又很高（6.67%），而奥氏体的碳含量在两 者之间。

奥氏体的形核是扩散型相变，可在原奥氏体晶核上形核，也可以在铁素体与渗碳体 上和珠光体领域的交界面上形核。这些界面容易满足形核所需的能量、结构和浓度 3 个 涨落条件。当渗碳体全部融入奥氏体后，奥氏体内碳浓度仍是不均匀的，只有在经历过 长时间的保温或继续加热后，才能让碳原子急性充分地扩散获得成分均匀的奥氏体。

马氏体相变：将钢材加热到一定的温度（形成奥氏体）后经迅速冷却,从而得到能 使钢变硬的一种淬火组织。自上世纪以来,通过不断的研究，人们对钢中马氏体的相变特 征作出了进一步的了解,这些科学家们发现在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变。因 此我们现在把基本特征属于马氏体相变型的相变产物统称为马氏体。来.自/优尔论|文-网www.youerw.com/

相变特征和机制：马氏体相变具有热效应、体积效应,相变过程其实是一种形核和长 大的过程。但目前没有完整的模型来演示核心是如何形成,又是如何长大的。人们推想母 相中的晶体缺陷（如位错）的组态对马氏体形核具有影响,但目前实验技术还无法观察到 相界面上位错的组态,因此对马氏体相变的过程,尚不能窥其全貌。其特征可概括如下：

马氏体相变属于无扩散相变之一,相变时由于没有穿越界面的原子无规行走或顺序跳 跃,因而新相（马氏体）承袭了母相的成分、原子序态和晶体缺陷。马氏体相变时原子有 规则地保持其相邻原子间的相对关系进行位移,这导致的后果就是会产生点阵畸变，这种 位移属于切变式。

马氏体相变的三个路径：贝茵模型（BAIN），西山关系，K-S 关系。如图三所示：

图 5 马氏体相变的路径：（a）贝茵模型（BAIN），（b）西山关系，（c）K-S 关系。

6 相关文献

刘慧敏, 张瑞英, 许萍等人由相图横坐标(组元)引出"纯金属→合金"的材料体系的 变化，从相图纵坐标(温度)的变化,引出"高温→室温(凝固/结晶)→高温(保温)→室温 (热处理)"的相变规律，引入平面几何中的"点线面"的变化规律和"量变引起质变"的哲学 思想[1]。任晓兵和王笑天通过研究铁碳系相变的热力学的分析，同时应用奥氏体和液相 的亚规则溶液模型,对 Fe-C 系的相变(平衡相变,亚稳态相变,马氏体相变及马氏体时效 调幅分解)进行了统一综合处理。结果表明,理论计算值与实验值吻合得甚好[2]。M.柯 亨, 王保奎, 贡海等人通过对自催化形核、界面结构、生长动力学、塑性协调、相变塑 性、位移/扩散相变以及计算 Fe-C 马氏体的强度罗列了马氏体转变的见解[3]。马维清通