20钢板条状马氏体分析形成过程
马氏体的形成机理及马氏体形态分析
关于马氏体的形成机理及马氏体形态分析上世纪60年代以来，人们在马氏体形态方面进行了大量研究，发现了马氏体的许多不同形态，并找出了马氏体及其精细结构与性能之间的关系，对马氏体的晶体结构也有了比较深刻的认识。
马氏体形态虽然多种多样，但从其形态特征上基本可归纳为条状马氏体和片状马氏体两大类，其精细结构可划分为位错和孪晶。
同时发现马氏体与母相保持严格的晶体学位向关系。
1．条状马氏体主要形成于含碳量较低的钢中，又称低碳马氏体。
因其形成于200℃以上的较高温度，故又称高温马氏体；因其精细（亚）结构为高密度（一般为0.3～0.9×1012cm/cm2）位错，故又称位错马氏体。
在光学显微镜下观察，条状马氏体的主要形态特征为：呈束状排列。
近于平行而长度几乎相等的条状马氏体组成一束，或称为马氏体“领域”（即板条群）。
板条群的尺寸约为20～35μm，由若干个尺寸大致相同的板条在空间位向大致平行排列所作组成，在原奥氏体的一颗晶粒内，可以发现几团马氏体束（即几个板条群，常为3～5个，每一个板条为一个马氏体单晶体，其尺寸约为0.5μm× 5.0μm ×20μm），马氏体板条具有平直界面，界面近似平行于奥氏体的{111}γ，即惯习面，相同惯习面的马氏体板条平行排列构成马氏体板条群。
现已确定，这些稠密的马氏体板条多被连续的高度变形的残余奥氏体薄膜（约为20μm）所隔开，且板条间残余奥氏体薄膜的碳含量较高，在室温下很稳定，对钢的机械性能会产生显著影响。
马氏体束与束之间以大角度相界面分开，一般为60°或120°角，马氏体束不超越原奥氏体晶界。
同束中的马氏体条间以小角度晶界面分开。
每束内还会有黑白色调反差，同一色调区的板条具有相同位向，称之为同向板条区。
条状马氏体的空间形态是一种截面呈椭园状的长柱体，长约几微米，宽在0.025～2.25μm之间（多为0.10～0.20μm）,其长、宽、厚之比约为30：7：1。
马氏体组织形态
马氏体组织形态
马氏体是黑色金属材料的一种组织名称，是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。
其组织形态主要有两种类型：板条状马氏体和片状马氏体。
1、板条状马氏体：
常见于低、中碳钢和马氏体时效钢中，形成温度较高。
由许多束尺寸大致相同、近似平行排列的细板条组成，各束板条之间角度比较大。
具有很高的强度和硬度，较好的韧性，能承受一定程度的冷加工。
2、片状马氏体：
常见于中、高碳钢，以及高镍的Fe-Ni合金中，形成温度较低。
呈双凸透镜状，多数马氏体片中间有一条中脊面，相邻马氏体片互不平行，大小不一，片的周围有一定量的残余奥氏体。
除了这两种常见的形态，马氏体还有其他一些特殊类型，如蝶状马氏体（人字形或角状马氏体）、薄板状马氏体等。
此外，马氏体转变是在一定温度范围内连续进行的，当温度达到Ms点以下，部分奥氏体开始转变为马氏体。
马氏体的三维组织形态在光学显微镜下通常表现为针状（needle-shaped），这也是在一些地方通常描述马氏体为针状的原因。
然而，在金相观察中，马氏体通常呈现二维的针状形态。
其晶体结构为体心四方结构（BCT）。
马氏体定义
马氏体定义马氏体定义马氏体是一种金属材料的组织结构，由于其优异的力学性能和化学稳定性，成为了现代工程技术中不可或缺的材料之一。
本文将从马氏体的定义、形成机制、组织结构、性质及应用等方面进行详细介绍。
一、马氏体的定义马氏体是一种由奥氏体经过淬火或其他方式形成的金属晶格结构，具有高硬度、高强度和优异的耐磨性。
在冷却过程中，当金属达到临界温度以下时，原本存在于奥氏体中的碳原子会从晶格中分离出来，并与铁原子形成新的化学键。
这些新形成的化学键会导致晶格结构发生变化，从而形成了马氏体。
二、马氏体的形成机制1.淬火法淬火是将金属加热至高温状态后迅速冷却至室温以下。
在淬火过程中，金属内部会产生大量热应力和压应力，导致晶格结构发生变化。
当温度降至临界点以下时，碳原子会从奥氏体中分离出来，并与铁原子形成新的化学键，从而形成马氏体。
2.机械变形法机械变形法是通过在金属表面施加压力或拉伸力，使其晶格结构发生变化，从而形成马氏体。
这种方法适用于一些高强度、高硬度的金属材料，如钨、钼等。
三、马氏体的组织结构马氏体具有一定的组织结构，主要包括以下几个方面：1.板条状马氏体呈现出一种板条状的结构，在金属表面上呈现出一定的纹路。
这种结构可以有效地提高金属材料的硬度和强度。
2.网状马氏体还可以呈现出网状的结构，在金属内部形成一种类似于蜂窝状的结构。
这种结构可以有效地提高金属材料的耐腐蚀性能和化学稳定性。
3.球状在某些情况下，马氏体还可以呈现出球状的结构，在金属内部形成一个个小球状晶粒。
这种结构可以有效地提高金属材料的韧性和延展性。
四、马氏体的性质马氏体具有以下几个方面的性质：1.高硬度由于马氏体具有板条状或网状的结构，其硬度比奥氏体高出很多。
这种高硬度可以有效地提高金属材料的耐磨性和抗刮擦性。
2.高强度马氏体具有一定的强度，可以有效地提高金属材料的承载能力和抗拉伸能力。
这种高强度使得马氏体成为了现代工程技术中不可或缺的材料之一。
3.优异的耐腐蚀性能由于马氏体具有网状结构，其表面积相对较大，可以有效地提高金属材料的耐腐蚀性能和化学稳定性。
马氏体的结构
马氏体的结构1. 引言马氏体是一种金属材料中常见的相变结构，具有优异的力学性能和热稳定性。
它在材料科学和工程领域中具有广泛的应用。
本文将介绍马氏体的结构特点、形成机制以及对材料性能的影响。
2. 马氏体的定义与分类马氏体是一种由奥氏体通过固态相变形成的组织。
奥氏体是一种面心立方结构，而马氏体则是一种体心立方或者是六方最密堆积结构。
根据形成机制和组织特点，马氏体可分为等轴马氏体、板条马氏体和巨大马氏体等几种类型。
•等轴马氏体：由于等轴马氏体在晶粒内部均匀分布，并且无明显取向性，因此其力学性能相对较低。
•板条马氏体：板条状的马氏体沿着特定晶格面排列，具有较高的强度和韧性。
•巨大马氏体：由于巨大尺寸的马氏体晶粒，其力学性能优异。
3. 马氏体的形成机制马氏体的形成是通过固态相变实现的。
在金属材料中，当温度降低到一定程度时，奥氏体会发生相变，转变为马氏体。
这一相变过程可以分为两个阶段：核形成和核长大。
3.1 核形成核形成是指在晶界、位错等缺陷处形成微小的马氏体晶核。
这些晶核具有高能态，并且能够吸附周围的原子或离子。
3.2 核长大在核形成之后，马氏体晶核会继续生长并扩张。
这个过程中，原有的奥氏体结构逐渐被马氏体所替代，直到整个材料都转变为马氏体。
4. 马氏体的结构特点4.1 晶格结构马氏体的晶格结构取决于金属材料的组分和相变条件。
常见的马氏体结构包括正交、六方和四方等几种类型。
4.2 形貌特征不同类型的马氏体在形貌上也有所差异。
等轴马氏体呈球状或块状，板条马氏体则呈细长的形态。
4.3 原子排列马氏体的原子排列方式与奥氏体有所不同。
奥氏体是面心立方结构，而马氏体则是体心立方或六方最密堆积结构。
5. 马氏体对材料性能的影响马氏体的形成对材料性能具有显著影响。
以下是几个主要方面：5.1 强度提高由于马氏体具有较高的硬度和强度，其形成可以显著提高材料的强度和抗拉性能。
5.2 韧性改善板条马氏体可以有效阻止裂纹扩展，从而提高材料的韧性和断裂韧度。
马氏体组织
马氏体的形态及成因
马氏体的形态及成因马氏体的形态及成因：一、三维形貌及结构：1.板条位错型。
一般呈束（排）分布，内部存在高密度位错。
2.片状孪晶型。
一般呈交叉针状分布，其中含碳量≥1.4%即惯态面为{259}r者有中脊，呈“之”字状，即有爆发性发展的特征。
3.钢中含碳量对马氏体三维形貌及亚结构的影响：马氏体含碳量≤0.6%为板条位错型，马氏体含碳量≥1.4%为片状孪晶型，两者之间为混合型。
这是理论上的马氏体形态，与实际的情况有区别。
二、二维形貌及结构：1.板条马氏体在光学显微镜下成一排，具有黑白差。
所以在光学显微镜有时呈现黑白交替排列的现象。
⑴成束分布的现象十分明显，长度几乎可惯穿母相晶粒，且排的宽度宽（包含的板条多）。
⑵板条一小束平行相连，形成以束为单位的平行相连的黑白差（3%的硝酸酒精溶液正确浸蚀下）。
⑶黑白差相对较大。
深色的马氏体是先形成的马氏体，是受到严重的自回火的马氏体，所以呈深色。
在金相上评定淬火马氏体的级别以最深的马氏体为准。
由于含碳量低，切变造成惯态面破坏情况轻微，所以马氏体连在一起成为平行相连。
2.中碳马氏体的特征：⑴成束分布的现象在正常淬火后不十分明显，高温淬火后才几乎可贯穿母相晶粒，且排的宽度窄（即包含的板条少）。
⑵板条一小束平行相间，形成以束为单位的平行相间的黑白差。
⑶黑白差相对较小。
3.高碳马氏体的特征（高碳钢中的马氏体不等于高碳马氏体）：⑴马氏体呈明显的针叶状。
⑵次生马氏体从先生成马氏体针叶间开始生长，并与之呈60°的夹角。
⑶后生成的马氏体小于先生成的马氏体，且不能穿越奥氏体晶界。
⑷马氏体针叶上有微观裂纹，若金相磨面正好剖过马氏体针叶，精细观察可见裂纹。
四、马氏体黑白差的原因：1.由于成份来不及扩散均匀所形成的区域性黑白差。
原铁素体区域碳浓度低，得到较多的板条马氏体（黑色）；原珠光体区域碳浓度高，得到片状马氏体（白色）。
2.由于在Ms以下等温分级淬火所致。
3.由于高碳合金钢中球、粒状碳化物分布不均匀所致。
热处理原理之马氏体转变
马氏体转变过程中，存在熵变，熵变与热力学第二定律有关。
马氏体转变的相变驱动力与热力学关系
温度
温度是影响马氏体转变的重要因素之一 ，温度的升高或降低会影响马氏体的形 成和转变。
VS
应力
应力也是影响马氏体转变的因素之一，应 力可以促进或抑制马氏体的形成和转变。
马氏体转变过程中的热效应与热力学关系
马氏体转变的种类与形态
板条状马氏体
01
02
03
定义
板条状马氏体是一种具有 板条状结构的马氏体，通 常在低合金钢和不锈钢中 形成。
形态
板条状马氏体由许多平行 排列的板条组成，每个板 条内部具有单一的马氏体 相。
特点
板条状马氏体具有较高的 强度和硬度，同时具有良 好的韧性。
片状马氏体
定义
片状马氏体是一种具有片 状结构的马氏体，通常在 高速钢和高温合金中形成 。
这种转变主要在钢、钛、锆等金属及 其合金中发生，常温下不发生马氏体 转变。
马氏体转变的特点
01
马氏体转变具有明显的滞后效应，转变速度与温度 和时间有关。
02
转变过程中伴随着体积的收缩或膨胀，并伴随着能 量的吸收或释放。
03
马氏体转变过程中晶体结构发生改变，但化学成分 基本保持不变。
马氏体转变的应用
06
相关文献与进一步阅读建议
主要参考文献列表
01
张玉庭. (2004). 热处理工艺学. 科学出版社.
02
王晓军, 王心悦. (2018). 材料热处理技术原理与应用. 机械 工业出版社.
03
周志敏, 纪松. (2019). 热处理实用技术与应用实例. 化学工 业出版社.
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马氏体的组织形态
马氏体的组织形态马氏体的组织形态与合金的化学成分及转变温度有密切关系，钢中的马氏体有两种基本类型：板条状马氏体和片状马氏体。
1、板条状马氏体板条状马氏体是在低、中碳钢或低、中碳合金钢淬火时形成的典型组织，实验已经证实其内部亚结构为高密度位错，故又称为位错马氏体，由因为它主要形成于低碳钢中，也称为低碳马氏体。
板条状马氏体的显微组织如图，为一束束平行排列的微细组织；电子显微镜观察发现，每一束马氏体是由细长的板条组成。
低碳钢淬火得到的板条状马氏体图是板条状马氏体的组织示意图。
板条状马氏体主要特征可归纳如下。
①显微组织：一个奥氏体晶粒通常由3～5个马氏体板条群组成（图A区），板条群之间有明显的界面分开，板条群又可分成一个或几个平行的马氏体同位向束，同位向束之间呈同位向束之间呈大角度界面（图B区）；一个板条群也可以只由一个同位向束组成（图C区）；每个同位向束是由平行的板条组成，板条间为小角度界面（图D区）。
板条状马氏体的尺寸由大到小依次为板条群、同位向束及板条。
②空间形态：马氏体为细长的板条状，每一个板条为一个单晶体，横界面近似为椭圆形，马氏体的惯习面为③亚结构：马氏体板条内部为高密度位错，相当于经剧烈冷塑性变形金属的位错密度。
实验证实马氏体板条之间有连续的残余奥氏体薄膜，薄膜的含碳量较高，表明相变时C原子曾发生微量的扩散。
2、片状马氏体▪片状马氏体是在中、高碳钢或中、高碳合金钢淬火时形成的典型组织，与位错马氏体不同，其内部亚结构主要是孪晶，故又称为孪晶马氏体。
▪由于它总出现在高碳钢中，也称为高碳马氏体。
▪实际中也经常按其形态称为透镜片状马氏体或针状及竹叶状马氏体。
T10钢淬火后的片状马氏体片状马氏体的显微组织（a）和孪晶亚结构（b）片状马氏体的主要特征可概括为以下几方面：▪①显微组织：马氏体呈片状、针状或竹叶状，相互间相交成一定的角度。
在一个奥氏体晶粒内，首先生成的马氏体片一般横贯整个晶粒，随后生成的马氏体片尺寸依次减小。
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20钢板条状马氏体分析形成过程
钢板条状马氏体的形成过程是在钢板经过热处理过程中发生的。
首先，钢板会被加热到高温，通常在800℃至950℃之间。
这个温度区间被称为奥氏体区。
在这个温度下，钢的晶体结构会变为面心立方结构，形成奥氏体。
然后，钢板会经历快速冷却，通常是通过水淬或油淬等方式，使钢板迅速降温。
这个过程被称为淬火。
淬火的目的是快速冷却钢板，以促使奥氏体转变为马氏体。
在淬火的过程中，钢板的温度降至马氏体开始转变的区间，通常在200℃以下。
在这个温度范围内，奥氏体开始发生相变，形成马氏体。
马氏体是一种具有高强度和硬度的组织结构。
最后，钢板会经过回火处理，以减缓马氏体的脆性。
回火是将钢板加热到较低的温度（通常在100℃至600℃之间），并保持一段时间，然后缓慢冷却。
回火的目的是消除马氏体的内应力，并提高钢板的韧性和可加工性。
需要注意的是，具体的马氏体析出过程会受到钢板的化学成分和加热、冷却速度的影响，因此不同的钢材在马氏体形成过程中可能会有一些差异。
以上是一个通用的概述，具体情况还需根据实际材料和工艺来确定。