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马氏体相变是非常重要的固态相变之一，通过马氏体相变可以改变材料的性能，如钢的强韧化和形状记忆合金的研发等。本文通过对低碳、中高碳钢及Cu-11.42Al-0.35Be-0.18B(质量分数，%)合金进行直接淬火、等温淬火、真空热处理得到马氏体组织和马氏体表面浮凸，应用Axiovert-25CA型光学显微镜(OM)、QUANTA-400型环境扫描电镜(SEM)、Nano First-1000型扫描隧道显微镜(STM)和JEM-2100型透射电镜(TEM)等仪器对其进行观察分析。通过对马氏体相变时形核地点和形态进行观察，发现马氏体不仅可在奥氏体的晶粒内部形核，而且还可以在晶界和相界面等处形核。奥氏体转变为马氏体是在晶体缺陷处依靠结构涨落和能量涨落形核，是晶核改组、重构的过程，而不是切变过程。形状记忆合金Cu-11.42Al-0.35Be-0.18B(质量分数，%)的马氏体形貌组态较复杂，主要有矛头状、平行状和竹节状，亚结构为层错、位错和孪晶。通过对低、中、高碳钢的马氏体形貌观察，发现马氏体的二维形态有板条状、蝶状、针状、透镜片状等；对应的三维形态为宽片状、长片状、扁针状等。体积应变能为马氏体形貌变化的诱因，其值取决于新旧两相的比体积差、体错配度、弹性模量和f (a/b)等，马氏体的形核和长大是按照省能的原则（即能量消耗最小的途径）进行的。当宽片状马氏体的(b/a)值和畸变能小时，马氏体的形貌为板条状；当(b/a)值和应变能较大时。马氏体则演化为长片状和扁针状。低碳板条状马氏体的亚结构为高密度的位错和层错；中高碳钢马氏体的亚结构为高密度位错和孪晶。2Cr13钢马氏体片的浮凸为帐篷型(Λ)，浮凸高度在20~75nm之间，马氏体浮凸是相变时体积膨胀的结果，而不是切变过程。研究了马氏体形核时的能量变化规律，导出了马氏体晶核的临界尺寸和形核功的计算方程，并且具体计算了钢中马氏体晶核的临界尺寸和形核功。计算结果为：马氏体临界晶核尺寸为7~20nm，形核功为200~600J·mol-1。临界晶核尺寸和形核功的计算值理论上是合理的，与相变形核的一般规律相吻合。最后，提出了马氏体相变新机制，即马氏体晶核的长大是所有原子集体、协同的、无扩散的热激活跃迁位移。