马氏体的形态及成因
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。
马氏体组织的特点
马氏体组织的特点马氏体组织是一种具有极高强度和硬度的材料，在许多重要的工业领域中得到了广泛的应用，比如航空、航天、汽车、船舶等。
下面将从组织结构、形成条件、性能特点、应用范围等几个方面，来阐述马氏体组织的特点。
一、组织结构特点马氏体组织是由钢中的奥氏体经过淬火而产生的，具有类似于板条状的形态，呈现出极高的致密性和疏松性。
在这种组织中，板条状的马氏体相互排列，形成了一种均匀分布、紧密结合的结晶结构。
同时，在马氏体组织中，还有少量的残留奥氏体、贝氏体和回火组织等，这些组织与马氏体之间交替分布，形成了复合组织，使得钢材的强度、韧度、耐磨性、抗腐蚀性等性能都得到了大幅度提高。
二、形成条件特点马氏体的形成条件主要包括淬火温度、保温时间和冷却速率等几个方面。
淬火温度越低，板条状的马氏体数量越多，强度越高，但韧性和塑性则相对较低。
而保温时间和冷却速率则是淬火过程中最关键的两个因素，其合理控制能够使钢材中生成的马氏体晶粒尺寸更小、分布更均匀，从而提高整体的强度、韧性、硬度等性能。
三、性能特点马氏体组织是一种强度高、硬度大、韧性好、耐磨性强、抗腐蚀性好等多种性能综合的材料。
其中，其强度和硬度主要来自马氏体中的板条状晶粒和复合组织中的背景相互加强作用，耐磨性和抗腐蚀性则来源于马氏体中残留的贝氏体和回火组织等复合组织中的物质，而韧性则来自复合结构中材料的减震和吸能能力。
四、应用范围特点马氏体组织在制造高强度钢材中得到了广泛的应用，特别是在航空、航天、汽车、大型机械设备、船舶等工业领域中的应用尤为广泛。
通过控制温度、时间和冷却速率等参数，可以将马氏体组织应用于不同领域的工业产品中，如汽车发动机凸轮轴、刀具、工具等。
总之，马氏体组织是一种高强度、高硬度、韧性好、耐磨性强、抗腐蚀性好的材料，其应用范围广泛，掌握其形成条件和性能特点，具有重要的指导意义。
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。
马氏体和回火马氏体
马氏体和回火马氏体
马氏体和回火马氏体是材料科学中常见的组织结构，具有重要的工程应用价值。
本文将介绍马氏体和回火马氏体的定义、形成机制、性能特点以及应用领域等方面的内容。
一、马氏体的定义和形成机制
马氏体是一种由奥氏体经过相变而成的金属组织，通常在高温下形成。
当金属材料受到快速冷却或压缩等外部刺激时，奥氏体晶格中的原子无法充分扩散，导致晶格变形，形成马氏体。
马氏体的晶体结构比奥氏体更加紧密，具有更高的强度和硬度。
二、回火马氏体的定义和形成机制
回火马氏体是指经过回火处理后的马氏体组织。
回火是指将马氏体加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却至室温的过程。
回火过程中，马氏体中的碳化物析出，形成细小的碳化物颗粒，使得回火马氏体的晶体结构更加稳定，同时提高了其韧性和塑性。
三、马氏体和回火马氏体的性能特点
马氏体具有高强度、高硬度、高韧性和耐磨性等优点，在很多领域都有广泛的应用。
例如，马氏体不锈钢具有优良的耐腐蚀性、耐磨性和强度，广泛应用于航空、汽车、电子等领域。
回火马氏体相比马氏体具有更高的韧性和塑性，同时保持了马氏体的高强度和硬度。
回火马氏体通常用于制造高强度、高韧性的金属
零件，如齿轮、轴类零件等。
四、马氏体和回火马氏体的应用领域
马氏体和回火马氏体在许多领域都有广泛的应用。
例如，马氏体不锈钢广泛应用于航空、汽车、电子等领域，具有优良的耐腐蚀性、耐磨性和强度。
马氏体
马氏体：马氏体（M）是碳溶于α-Fe的过饱和的固溶体是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相。
其比容大于奥氏体、珠光体等组织，这是产生淬火应力，导致变形开裂的主要原因。
1.板条状马氏体：低碳钢,马氏体时效钢，不锈钢等铁系合金形成的一种典型的马氏体组织，因其单元立体形状为板条状，故称板条状马氏体。
由于它的亚结构主要是由高密度的位错组成，所以又称位错马氏体。
板条状马氏体是由许多束尺寸大致相同，近似平行排列的细板条组成的组织，各束板条之间角度比较大。
板条状马氏体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。
Wc<0.3%。
2.片状马氏体：常见于高，中碳钢，每个马氏体晶体的厚度与径向尺寸相比很小其断面形状呈针片状，故称片状马氏体或针状马氏体.由于其亚结构主要为细小孪晶,所以又称为孪晶马氏体.针状马氏体呈竹叶或凸透镜状，针叶一般限制在原奥氏体晶粒之内，针叶之间互成60°或120°角。
针状马氏体又硬又脆，无塑性变形能力。
Wc>1.0% 高碳钢在正常温度淬火时，细小的奥氏体晶粒和碳化物都能使其获得细针状马氏体组织,这种组织在光学显微镜下无法分辨称为隐针马氏体.
3.当Wc=0.3%-1.0%时，为板条马氏体和片状马氏体的混合物，随含碳量的升高，淬火钢中板条马氏体的量下降，片状马氏体的量上升.。
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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马氏体在加热到奥氏体化过程中的变化
马氏体在加热到奥氏体化过程中的变化马氏体是一种具有高硬度和强韧性的金属组织，它主要由钢中的碳、铬、钼等元素经过快速冷却产生的组织结构。
当马氏体在高温下加热时，会经历一系列的变化，最终转变为奥氏体。
本文将详细介绍马氏体在加热到奥氏体化过程中的变化。
1.马氏体的特征及形成过程马氏体属于钢的组织结构之一，它主要由高浓度碳化物和铁的母体组成，成份多为铁、碳和铬，其中铁的含量最高达到99%。
马氏体的产生需要在淬火过程中一定的条件，如淬火速度要快、淬火温度要低等，才能使钢中的碳快速溶解并在快速冷却的过程中形成马氏体。
第一阶段：回火开始温度以下的阶段当马氏体加热到回火开始温度以下时，开始出现一些微观结构上的变化，如碳元素开始从晶界向内部扩散，形成一些碳化物和颗粒，同时马氏体的硬度也开始下降。
第二阶段：脱碳温度以下的阶段当马氏体加热到脱碳温度以下时，马氏体中的一些碳化物和颗粒会继续脱碳，形成一些低碳含量的铁素体，同时马氏体的硬度也会进一步下降。
此时，马氏体的形态会发生变化，呈现出相对宽大、较细的棱角状。
第三阶段：脱碳温度以上的阶段当马氏体加热到脱碳温度以上时，马氏体中的碳化物和颗粒已基本脱碳，转而向外扩散形成一些含碳量很低的铁素体和贝氏体。
此时，马氏体的硬度会急剧下降，同时马氏体的形态会转变为细针状的奥氏体。
3.奥氏体化的影响及优化措施奥氏体在强度、韧性和可加工性方面都比马氏体要优越。
因此，一些钢材需要经过加热处理，将马氏体转变为奥氏体来提高其性能。
但是，奥氏体化也会产生一些不利的影响，如硬度降低过度、形变变形过多等。
要避免这些问题的发生，可以采取以下优化措施：（1）选择合适的加热温度和时间，避免过度加热和过长时间加热。
（2）采用适当的冷却方式，在奥氏体化后对钢材进行适当的冷却，以获得最佳的性能。
（3）进行先进、精确的热处理工艺，以避免材料热膨胀、受热不均等问题的发生。
总之，马氏体在加热到奥氏体化过程中经历了多个变化阶段，通过优化加热温度、时间和冷却方式等措施，可以有效地避免奥氏体化过程中的不利影响，提高材料的性能。
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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。
4.由于钢中成份不均匀所致。
如铬在钢中的分配系数为1：28，即1份溶入基体，28份形成碳化物。
所以，铬钢加热时存在较多碳化物，其周围贫碳区域淬火时形成低碳马氏体，颜色较深。
因此，像40Cr这类钢一般就不应该进行退火处理（退火时基体中的铬向碳化物聚集形成碳化物，其周围基体贫碳，退火缓冷有利于铬的聚集，所以一般不能退火）。