非平衡相转变现象举例
1、贝氏体转变
一度专指钢中奥氏体在珠光体和马氏体转变温度之间的转变。这种转变可发生在等温或连续冷却过程中。转变产物为贝氏体。近来在非铁合金中也发现有类似钢中的贝氏体型转变（见固态相变、过冷奥氏体转变图）。
1930 年达文波特（E.S.Davenport）和贝茵（E.C.Bain）首次观察到钢经中温等温转变后相变产物的金相组织形态，后人为了纪念贝茵的功绩，将这种组织定名为“贝氏体”(Bain ite)。1939年梅尔(R.F.Mehl)又把在较高温度和较低温度形成的不同形态贝氏体分别称为上贝氏体和下贝氏体。由于对贝氏体相变的本质了解不够，贝氏体尚无统一的定义。
贝氏体形貌在经表面抛光的试样上，贝氏体形成后，可出现表面浮突。（图1）。按一般合金钢的等温转变图（图 2），上贝氏体是奥氏体在C曲线中贝氏体区（A+B）上部温度范围内的转变产物，其光学显微组织呈羽毛状（图3a），故称羽状贝氏体。典型的上贝氏体电子显微镜的金相组织由板条状贝氏体铁素
C)组成（图3b）。如果 B a-Fe间分布着体(B a-Fe)和分布其间的断续的渗碳体 (Fe
3
条（片或膜）状奥氏体或马氏体/奥氏体（M/A）岛（图3c、d），则是转变不完全的上贝氏体。贝氏体铁素体(B a-Fe)是含碳量极低的固溶体，并且具有一数量的位错。贝氏体转变时，B a-Fe在奥氏体的一定结晶（惯析）面上首先形成。
图1
图2
下贝氏体是奥氏体在 C曲线（图2）中贝氏体区（A+B）下部温度范围的转变产物，其光学金相显微组织呈针状（图4a），故又称针状贝氏体。电了显微镜的金相组织表现为在贝氏体铁素体Bα-Fe片内一定的结晶（惯析）面上分布着
C型，与其长轴呈55°～60°方向排列的碳化物（图4b）,这些碳化物或是Fe
3
或是ε型。与上贝氏体相比，下贝氏体的 B a-Fe碳含量过饱和程度较高，位错密度较大。当下贝氏体转变时，B a-Fe也在奥氏体的一定结晶(惯析)面上首先形成。在低碳合金钢中，奥氏体在略高于马氏体点(M s)温度区的转变产物为平行的B a-Fe 板条内分布着约与其长轴呈60°方向排列的碳化物(图4c),虽就碳化物形貌而言可属下贝氏体；但根据贝氏体铁素体的惯析面，它应归属上贝氏体。
图4
图5
粒状贝氏体”通常认为是在铁素体基体上分布着一定数量的小岛(图5)。粒状贝氏体的小岛可能是：碳化物和铁素体，马氏体,奥氏体，或马氏体和奥氏体(M/A)；在低碳合金钢中的小岛大多数为M/A。
贝氏体相变
对钢的力学性能的影响回火后马氏体的综合机械性能相比较,在等(抗拉或屈服)强度的条件下,典型的上贝氏体(图3b)由于存在粗大的片状Fe
C的缘
3
故，性能较差；非典型的上贝氏体（图3c、d），特别是条(片或膜)或岛中以奥氏体为主时，其性能并不差。下贝氏体由于 B a-Fe板条和碳化物较细小，故其性能良好。生产上常采用贝氏体等温淬火的方法，既获得良好的性能，又减少了淬火变形或破裂。50年代以后又用合金化的方法使钢空冷为贝氏体组织（贝氏体型钢），除具有良好的力学性能、减少了变形或破裂外，还具有优异的焊接性能。
相变机理关于贝氏体转变机理,尚存在争议。争论的焦点在于相变是属切变型还是属扩散型。持“切变”论点的学者们认为 B a-Fe是以“切变”方式形成，并与母相奥氏体(A)保持共格关系，与马氏体转变相似,由于切变的原因而引起表面浮突。在转变的过程中铁原子只作有秩序协同迁移以改建晶体点阵类型，而无扩散运动。碳原子则在 B a-Fe和A间通过扩散重新分配。在高温度区碳原子扩散比较容易，于是在 B a-Fe板条间形成Fe3C片，奥氏体条（片或膜）或有秩序排列的M/A岛（图3b、c、d），组成上贝氏体。低温度区由于碳原子扩散困难，往往在B a-Fe片 (或板条)内沉淀为有方向性排列的碳化物，于是组成下贝氏体（图4 b、c）。贝氏体转变时伴随着碳原子的扩散，所以其转变速率较马氏体转变缓慢。持“扩散”论点的则认为表面浮突并不意味着切变，他们用热离子发射电子显微镜方法研究了上贝氏体的 B a-Fe形成过程与先共析铁素体长
大相似，从而提出“台阶”机制（图6）,即 B a-Fe在一定结晶(惯析)面上形核后,其宽面和奥氏体(A)保持半共格,而且界面上为不动位错，界面移动较困难；端面铁原子则为无序分布，在碳原子扩散离开后可自由端向生长（图6实箭头方向），由于位错的攀移而形成新台阶(图6中b)，随后又端向生长，于是 B a-Fe/A 界面发生迁移（图6空箭头方向）,使贝氏体长大。下贝氏体也应是“台阶”机制生长，这在中国已有实验结果证明
。
2、马氏体转变
马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中发现的：将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。1895年法国人奥斯蒙（F.Osmond）为纪念德国冶金学家马滕斯（A.Martens）,把这种组织命名为马氏体(Martensite)。人们最早只把钢中由奥氏体转变为马氏体的相变称为马氏体相变。20世纪以来，对钢中马氏体相变的特征累积了较多的知识，又相继发现在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变,如:Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、 Au-Cd、Au-Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。目前广泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体（见固态相变）。
相变特征和机制马氏体相变具有热效应和体积效应，相变过程是形核和长大的过程。但核心如何形成，又如何长大，目前尚无完整的模型。马氏体长大速率一般较大，有的甚至高达105cm·s-1。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：马氏体相变是无扩散相变之一，相变时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）承袭了母相的化学成分、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, 这种位移是切变式的（图1）。原子位移的结果产生点阵应变(或形变)（图2）。这种切变位移不但使母相点阵结构改变，而且产生宏观的形状改变。将一个抛光试样的
表面先划上一条直线，如图3a中的PQRS，若试样中一部分(A
1B
1
C
1
D
1
-A
2
B
2
C
2
D
2
)发
生马氏体相变(形成马氏体),则PQRS直线就折成PQ、QR'及R'S'三段相连的直线,
两相界面的平面A
1B
1
C
1
D
1
及A
2
B
2
C
2
D
2
保持无应变、不转动，称惯习（析）面。这
种形状改变称为不变平面应变（图3）。形状改变使先经抛光的试样表面形成浮突。由图4可见,高碳钢马氏体的表面浮突，它可由图5示意,可见马氏体形成时,与马氏体相交的表面上发生倾动,在干涉显微镜下可见到浮突的高度以及完整尖锐的边缘（图6）。