钢的各种组织

奥氏体
奥氏体是碳在 γ－Fe 中形成的间隙固溶体，奥氏体是一种塑性很好，强度较低的固溶 体 ，具有一定韧性。不具有铁磁性。因此，分辨奥 氏 体 不 锈 钢 刀具(常见的18－8型不锈钢） 的方法之一就是用磁铁来看刀具是否具有磁性。
马氏体
马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。
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
索氏体
马氏体于回火时形成的，在光学金相显微镜下放大五六百倍才能分辨出为铁素体内分布 着碳化物(包括渗碳体)球粒的复相组织。
经正火或等温转变所得到的铁素体与渗碳体的机械混合物。索氏体组织属于珠光体类 型的组织，但其组织比珠光体组织细。索氏体具有良好的综合机械性能。将淬火钢在 450-600℃进行回火，所得到的索氏体称为回火索氏体（tempered sorbite）。回火索氏体中的 碳化物分散度很大，呈球状。故回火索氏体比索氏体具有更好的机械性能。这就是为什么多 数结构零件要进行调质处理（淬火+高温回火）的原因。 索氏体的定义及组织特征。 索氏体，是在光学金相显微镜下放大600倍以上才能分辨片层的细珠光体(GB/T7232标准)。 其实质是一种珠光体，是钢的高温转变产物，是片层的铁素体与渗碳体的双相混合组织，其 层片间距较小（80～150nm），碳在铁素体中已无过饱和度，是一种平衡组织。
珠光体的性能介于铁素体和渗碳体之间,强韧性较好.其抗拉强度为750 ~900MPa,180 ~280HBS,伸长率为20 ~25%,冲击功为24 ~32J.力学性能介于铁素体与渗碳体之间,强度较高, 硬度适中,塑性和韧性较好 σb=770MPa,180HBS,δ=20%~35%,AKU=24~32J)。 经2-4%硝 酸酒精溶液浸蚀后,在不同放大倍数的显微镜下可以观察到不同特征的珠光体组织.当放大倍 数较高时可以清晰地看到珠光体中平行排列分布的宽条铁素体和窄条渗碳体;当放大倍数较 低时,珠光体中的渗碳体只能看到一条黑线;而当放大倍数继续降低或珠光体变细时,珠光体 的层片状结构就不能分辨了,此时珠光体呈黑色的一团。 图为光学显微镜200倍下薄壁
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。 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。
马氏体的相变特性
martensitic transformation
马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中发现的：将钢
铁素体
铁素体(ferrite，缩写：FN，用 F 表示) 即 α-Fe 和以它为基础的固溶体，具有体心 立方点阵。亚共析成分的奥氏体通过先共析析出形成铁素体。这部分铁素体称为先共析铁 素体或组织上自由的铁素体。随形成条件不同， 先共析铁素体具有不同形态，如等轴形、 沿晶形、纺锤形、锯齿形和针状等。铁素体还是珠 光 体 组织的基体。在碳钢和低 合 金 钢 的 热轧（正火）和退火组织中，铁素体是主要组成相；铁素体的成分和组织对钢的工艺性能有 重要影响，在某些场合下对钢的使用性能也有影响。 碳溶入 δ-Fe 中形成间隙固溶体， 呈体心立方晶格结构，因存在的温度较高，故称高温铁素体或 δ 固溶体，用 δ 表示，存在的 范围小，一般很少见到。 碳溶入 α-Fe 中形成间隙固溶体，呈体心立方晶格结构，称为 铁素体或 α 固溶体，用 α 或 F 表示，α 常用在相图标注中，F 在行文中常用。 室温下的铁 素体的机械性能和纯铁相近。
铸件基体.经3%硝酸酒精溶液浸蚀.可见磷共晶体,片状石墨,珠光体及少量铁素体。
贝氏体
贝氏体;贝茵体;bainite 又称贝茵体。钢中相形态之一。钢过冷奥氏体的中温(Ms～ 550℃)转变产物，α-Fe 和 Fe3C 的复相组织。用符号 B 表示。贝氏体转变温度介于珠光体 转变与马氏体转变之间。在贝氏体转变温度偏高区域转变产物叫上 贝 氏 体 (up bai-nite) （350℃～550℃），其外观形貌似羽毛状，也称羽毛状贝氏体。冲击韧性较差，生产上应力 求避免。在贝氏体转变温度下端偏低温度区域转变产物叫下贝氏体（Ms～350℃）。其冲击 韧性较好。为提高韧性，生产上应通过热处理控制获得下贝氏体。
度略有差异，因而稍显明暗不同。 铁素体在770℃以下具有铁磁性，在770℃以上则失
去铁磁性。
珠光体
珠光体是奥氏体(奥氏体是碳溶解在 γ－Fe 中的间隙固溶体)发生共析转变所形成的铁 素 体 与渗 碳 体 的共析体。得名自其珍珠般（pearl-like）的光泽。其形态为铁素体薄层和渗 碳体薄层交替重叠的层状复相物，也称片状珠光体。用符号 P 表示，含碳量为 ωc＝0.77％。 在珠光体中铁素体占88%,渗碳体占12%,由于铁素体的数量大大多于渗碳体,所以铁 素 体 层 片要比渗碳体厚得多.在球 化 退 火 条件下,珠光体中的渗碳休也可呈粒状,这样的珠光体称为 粒状珠光体。
莱氏体
莱氏体是液态铁碳合金发生共晶转变形成的奥 氏 体 和渗碳体所组成的共晶体，其含碳 量为 ωc＝4.3％。当温度高于727℃时，莱氏体由奥氏体和渗碳体组成，用符号 Ld 表示。在 低于727℃时，莱氏体是由珠光体和渗碳体组成，用符号 Ld’表示，称为变态莱氏体。因莱 氏体的基体是硬而脆的渗碳体，所以硬度高，塑性很差 分为高温莱氏体和低温莱氏体 两种。奥氏体和渗碳体组成的机械混合物称高温莱氏体，用符号 Ld 或（A+Fe3C）表示。 由于其中的奥氏体属高温组织，因此高温莱氏体仅存于727℃以上。高温莱氏体冷却到727℃ 以下时，将转变为珠光体和渗碳体机械混合物（P+Fe3C）,称低温莱氏体，用 Ld'表示。莱 氏体含碳量为4.3%。由于莱氏体中含有的渗碳体较多，故性能与渗碳体相近，即极为硬脆。
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 马氏体相变时的形状改变中的 PQRS，若试样中一部分(A□B□C□D□-A□B□C□D□)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□B□C□D□及 A□B□C□D□保持无应变、不转动，称惯习（析）面。这种形状改变称为不
7Fe-25Ni-0.3V-0.3C 钢 中 的 马 氏 体 及 其 周 围 的 奥 氏 体 中 由 {135} 变 为 {224} 面 。 图
7Fe-25Ni-0.3V-0.3C 钢中的马氏体及其周围的奥氏体中马氏体呈透镜状，它具有中脊面，是
孪晶密度很高的面，即{135}□面，这些马氏体内部的孪晶是马氏体内的亚结构。在铁基合
如下： 抗拉强度 180—280MN/平方米
屈 服强 度 100—170MN/平方米
延伸率
30--50％
断面收缩率 70--80％
冲击韧性 160—200J/平方厘米
硬 度 HB
50—80 由此可见，铁素体的强度、硬度不高，但具有良好的塑性与韧性。 铁素体
的显微组织与纯铁相同，呈明亮的多边形晶 粒 组织，有时由于各晶粒位向不同，受腐蚀程
变平面应变（图3 马氏体相变时的形状改变）。形状改变使先经抛光的试样表面形成浮突。
由图4 高碳钢中马氏体的表面浮突×600可见,高碳钢马氏体的表面浮突，它可由图5表面浮突
示意示意,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6Co-30.5Ni 合金形成六方马氏体时产生的表面浮突干涉图
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.□artens）,把这
种组织命名为马氏体(□artensite)。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
金的马氏体中存在孪晶或（和）位错,在非铁合金中一般存在孪晶或层错。由图7Fe-25Ni-0.3V
－0.3C 钢中的马氏体及其周围的奥氏体还可见到：在马氏体周围的母相（奥氏体）中形成
源自文库
密度很高的位错，这是在马氏体相变时，母相发生协作形变而形成的。 由于马氏体相 变时原子规则地发生位移,使新相(马氏体)和母相之间始终保持一定的位向关系。在铁基合金 中由面心立方母相 γ 变为体心立方(正方)
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切变式位移示意）。原子位移
的结果产生点阵应变(或形变)（图2 原子位移产生点阵应变）。这种切变位移不但使母相点
物理性质
纯铁在912℃以下为具有体心立方晶格（注1）的 α-Fe。碳溶于 α-Fe 中的间隙固溶体称
为铁素体，以符号 F 表示。由于 α-Fe 是体心立方晶格结构，它的晶格间隙很小，因而溶碳
能力极差，在727℃时溶碳量最大，可达0.0218％,随着温度的下降溶碳量逐渐减小，在600℃
时溶碳量约为0.0057％，在室温时溶碳量几乎等于零。因此其性能几乎和纯铁相同，其数值
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10□cm□s□。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：
像）。 马氏体的惯习（析）面 马氏体相变时在一定的母相面上形成新相马氏体，这个
面称为惯习（析）面，它往往不是简单的指数面，如镍钢中马氏体在奥氏体(γ)的{135}上最
先形成（图7 Fe-25Ni-0.3V-0.3C 钢中的马氏体及其周围的奥氏体）。马氏体形成时和母相的 界面上存在大的应变。为了部分地减低这种应变能，会发生辅助的变形，使界面改变如图
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-□n、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