名称及来源

马氏体就是以人名命名的：

对于学材料的人来说，“马氏体”的大名如雷贯耳，那么说到阿道夫·马滕斯又有几个人知道呢？其实马氏体的“马”指的就是他了。在铁碳组织中这样以人名命名的组织还有很多，今天我们就来说说这些名称和它们背后那些材料先贤的故事。

马氏体Martensite，如前所述命名自Adolf Martens (1850-1914)。这位被称作马登斯或马滕斯的先生是一位德国的冶金学家。他早年作为一名工程师从事铁路桥梁的建设工作，并接触到了正在兴起的材料检验方法。于是他用自制的显微镜（！）观察铁的金相组织，并在1878年发表了《铁的显微镜研究》，阐述金属断口形态以及其抛光和酸浸后的金相组织。（这个工作我们做的好像也蛮多的。）他观察到生铁在冷却和结晶过程中的组织排列很有规则（大概其中就有马氏体），并预言显微镜研究必将成为最有用的分析方法之一（有远见）。他还曾经担任了柏林皇家大学附属机械工艺研究所所长，也就是柏林皇家材料试验所（"Staatliche Materialprüfungsamt"）的前身，他在那里建立了第一流的金相试验室。1895年国际材料试验学会成立，他担任了副主席一职。在德国依然有一个声望颇高的奖项以他的名字命名。

形成过程

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：

第一阶段

图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，各个马氏体片之问相互干扰很小。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中所示为将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，也沿着惯习面向品内长大。马氏体片在长度和厚度方向上的生长是热弹性的，即在冷却过程巾增大，而在加热过程中减小。

第二阶段

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中所示为马氏体长大的第二阶段示意图和Cu-Zn-Al合金马氏体长大的电镜照片。

图2

将CrWMn钢加热到1100°C，保温30min，油中淬火，得到粗大马氏体组织，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。

第三阶段

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品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3为CrWMn钢粗大马氏体+残留奥氏体组织，图3中在黑色马氏体片夹缝中残留奥氏体(白色区)。

当马氏体长大到第一阶段，任马氏体片分割包围的母相的小区域中再形成马氏体品核并长大是越来越困难的。这时马氏体片的牛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，片短面厚。马氏体片多呈夹角相遇，不断改变方向，以调节应变能。

图3

含碳量的影响