CH6.2 马氏体的组织形态PPT(10级)

源自文库Fe-30Ni合金
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Fe-27Ni－1.3Cr-0.08C合金
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马氏体转变
2.薄片状马氏体(0.23C-31Ni合金) 薄板状马氏体一般出现在马氏体相变点(Ms)为-100℃以下的Fe-
Ni-C合金中，其主要形态为厚度约为薄板状，厚度为3~10m。一般
金相表面呈现宽窄一致的平直带，没有中脊，内部亚结构为孪晶。惯 习面为{259}，位向关系为K-S关系。
针状马氏体显微组织构成示意图
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马氏体转变 4.片状马氏体的亚结构
在电镜下，片状马氏体的亚结构主要为{112}M的孪晶。孪晶 宽度为50Å宽的孪晶区集中分布在中脊附近，随MS点降低，孪 晶区增大；片的边缘为复杂的位错组列。
电镜下
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马氏体转变
5.片状马氏体与奥氏体的晶体学关系 WC≈1.0～1.4% 时惯习面：(225)γ，位向关系：K—S关系 WC ≈1.4～2.0% 时惯习面：(259)γ ，位向关系：西山关系 马氏体形成温度高时，惯习面为{225}γ，符合K-S关系；形成温 度低时，惯习面为{259}γ。 6.片状马氏体的形成过程(链接) 降温形核，长大速度较快，一个马氏体片形成大约在10-7秒内。 奥氏体中WC ≈1.0～1.4% 时无“爆发性” ；奥氏体中WC ≈1.4～ 2.0%时有“爆发性” ，新片状马氏体不随温度下降均匀产生。 7.片状马氏体中的残余奥氏体：残余奥氏体分布在马氏体片间。
惯习面：(111)γ 位向关系：K—S关系 6.板条马氏体的形成过程
降温形核，新板条马氏体只在冷却过程中产生；长大速度较 慢，一个板条形成大约在10-4秒内。无“爆发性” 。 7.板条马氏体中的残余奥氏体 板条马氏体中的残余奥氏体以薄膜状密集地分布在板条间。
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马氏体转变
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马氏体转变
•
先形成的马氏体片横贯整个
奥氏体晶粒，但不能穿过晶界 和孪晶界。后形成的马氏体片 不能穿过先形成的马氏体片， 所以越是后形成的马氏体片越
奥氏体+马氏体
细小。
• 原始奥氏体晶粒细，转变后 的马氏体片也细。当最大马氏 体片细到光镜下无法分辨时， 该马氏体称隐晶马氏体。
二. 片状马氏体
1. 形成片状马氏体的钢和合金有淬火的中、高碳钢，碳含 量 >1.0%，高镍的Fe-Ni合金等。 2.片状马氏体的形成温度： MS≈200～100℃(WC≈1.0～1.4%) MS<100℃(WC ≈1.4～2.0% )
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马氏体转变
电镜下
光镜下
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马氏体转变
光镜下
电镜下
板条马氏体组织(×1000)
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马氏体转变
板条马氏体组织(0.03C-2Mn)
SEM
(左)光学金相
TEM
(右)电子金相
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马氏体转变
3.板条马氏体的组织特征 每个单元呈窄而细长的板条，板条体自奥 氏体晶界向晶内大致相互平行排列成群，其中 的板条束为惯习面相同的平行板条组成。板条 宽度 0.1 ～ 0.2 微米，长度小于 10 微米，板条间 有一层奥氏体膜；一个奥氏体晶粒内包含几个 板条群。一个奥氏体晶粒有几个束，一个束内 存在位向差时，也会形成几个块。板条群之间 为大角度晶界，板条之间为小角度晶界。 板条的立体形态可以是扁条 ( 棒 ) 状，也可 以是薄片状；
高锰钢的ε—马氏体组织 1000×
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马氏体转变
板 条 马 氏 体 和 片 状 马 氏 体 比 较
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马氏体转变
不 同 类 型 的 马 氏 体 比 较
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马氏体转变
四.工业用钢中马氏体形态
1.低碳钢中的马氏体 含碳量低于0.2%的低碳钢和低合金碳钢（如15、15MnVB、 15SiMn3Mo等钢）的马氏体基本全是板条马氏体。 2.中碳结构钢中的马氏体 含碳量高于0.2%、低于0.6%的中碳钢（如45、40Cr等钢）的马氏 体为板条马氏体和片状马氏体的混合组织，残余奥氏体少。但在正常 淬火工艺条件下得到的马氏体组织细微，在常用的放大倍数下，不易 清晰地辨认出来。 3.高碳工具钢中的马氏体 含碳量高于0.8%的高碳钢（如T8、T12等钢）的马氏体全部为片 状马氏体，残余奥氏体多。但在正常淬火工艺条件下得到的马氏体组 织为片状马氏体和一定量的板条马氏体，在常用的放大倍数下，片状 特征不明显，因为淬火后组织为未溶的碳化物质点加隐晶马氏体（或 隐针马氏体，因为马氏体组织极细，在一般显微镜下，其针状晶体很 不明显，故而得名）。如果提高温度，容易得到粗大的针状马氏体， 因为高碳马氏体针的最大尺寸受实际奥氏体晶粒大小所限制。
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马氏体转变
4.板条马氏体的亚结构 在电镜下，板条马氏体的亚结构主要为高密度的位错，位 错形成位错网络(缠结)，位错密度随含碳量增加而增大，常为 (0.3～0.9) ×1012㎝/cm3。故称位错马氏体。
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马氏体转变
5.板条马氏体与奥氏体的晶体学关系
电镜下
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马氏体转变
片状马氏体光学金相组织
• 高碳钢(0.87%)中片状马氏体组织，7000× • Fe-32Ni合金中具有明显中脊的片状马氏体组织，500×
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马氏体转变 3.片状马氏体的特征(链接)
相邻马氏体片互不平行而是呈一定的夹角排列，在显微镜下观察 时呈针状或竹叶状。初生者较厚较长，横贯整个奥氏体晶粒 (第一片 分割奥氏体晶粒，以后的马氏体片愈来愈小。 )，但一般不穿透晶界； 次生者尺寸较小。初生片与奥氏体晶界之间、片与片之间互相撞击， 形成显微裂纹。当 WC ≈1.4～2.0%时除具有上述特征外，片的中央有 中脊，在两个初生片之间常见到呈“Z”字形分布的细薄片。立体形 态为双凸透镜状，又称透镜片状马氏体。如果提高温度，容易得到粗 大的针状马氏体，因为高碳马氏体针的最大尺寸受实际奥氏体晶粒大 小所限制。
马氏体转变
a. 板条马氏体: 低碳钢中的 马氏体组织是由许多成群的、 相互平行排列的板条所组成， 故称为板条马氏体。板条马氏 体的亚结构主要为高密度的位 错，故又称为位错马氏体。还 称为低碳马氏体。 b. 片状马氏体: 在高碳钢中 形成的马氏体完全是片状马氏 体。在显微镜下观察时呈针状 或竹叶状，又称针状马氏体。 片状马氏体内部的亚结构主要 是孪晶，故片状马氏体又称为 孪晶马氏体。还称为高碳马氏 体。
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马氏体组织
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马氏体转变
一. 板条状马氏体
1.形成板条马氏体的钢和合金有低、中碳钢中WC < 0.3%，马 氏体时效钢和不锈钢等。 2.板条马氏体的形成温度：一般MS > 350℃。
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马氏体转变
板条马氏体组织
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光学金相
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电子金相 授课 朱世杰
马氏体转变
3. ε－马氏体
薄片马氏体出现在层错
能较低的Fe-Mn、Fe-Mn-C、 Fe-Cr-Ni合金中，晶体结构
为密排六方点阵，惯习面
{111}，位向关系为{111} //{0001}'，<110>//<1120>
'，
亚结构为大量的层错。
45钢正常淬火组织
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马氏体转变
6.2.4 影响马氏体形态及其亚结构的因素
(一)化学成分
奥氏体中碳含量的影响最为
重要，在碳钢中，当碳含量: (1)WC<0.3% 时 ， 生 成 板 条 马氏体，亚结构为位错； (2)WC>1.0% 时 ， 生 成 片 状 马氏体，亚结构为孪晶； (3)WC 为 0.3 1.0% 时，生成 混合型组织(片状+板条)。
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马氏体转变
三.其他马氏体形态
1.蝶状马氏体组织 在Fe-Ni合金或Fe-Ni-C合金中，当马氏体在某一温度范围内形成 时，出现具有蝴蝶形特征的马氏体，称为蝶状马氏体。蝶状马氏体与 形成温度有关，蝶状马氏体形成温度在板条和透镜马氏体形成温度之 间，位相关系符合K-S关系，亚结构以位错为主，有少量孪晶，其惯习 面为：蝶状的两翼为{225} ，相交136°，两翼的结合面为{100} 。
Fe-Ni-C合金的马氏体形 态与碳含量的关系
碳钢马氏体形态和晶体学特征与钢的碳含量及MS点的关系
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马氏体转变
Fe-Ni-C合金冷至MS点以下 不同温度时的显微组织
• 上图为Fe-29%Ni-
0.26%C，MS=-66℃ • 中图为Fe-31%Ni0.23%C，MS=-150℃ • 下图为Fe-31%Ni0.28%C，MS=-171℃
马氏体形态与含碳量的关系
板条马氏体量
C，%
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0.2%C 24
0.45%C
1..2%C朱世杰 授课
马氏体转变
碳钢中的碳含
量 对 MS 点 、 板 条马氏体量及
冷至室温时的
残余奥氏体量 的影响
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马氏体转变
(二)马氏体的形成温度 随形成温度降低，马氏体形态将按下 列顺序转化：板条状→蝶状→透镜片状 →薄片状。亚结构由位错转化为孪晶。 MS 点高的奥氏体，冷却后形成板条马 氏体，亚结构为位错 ; MS点低的奥氏体， 冷却后形成片状马氏体，亚结构为孪 晶 ;MS点不高不低的奥氏体，冷却后形成 混合型组织(片状+板条马氏体)，亚结构 为位错+孪晶。
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马氏体转变
(四)奥氏体的层错能
奥氏体的层错能愈低，愈难形成相变孪晶，愈趋向于形成 位错板条马氏体。 (三)奥氏体与马氏体的强度
马氏体形态与MS点处的奥氏体的屈服强度有关。屈服强度
小于 196MPa时，形成惯习面为 {111}γ的位错板条马氏体或惯 习面为 {225}γ的透镜片状马氏体；屈服强度大于 196MPa时，
马氏体转变
6.2 马氏体的组织形态
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马氏体转变
6.2.1 马氏体的类型
钢中马氏体的形态很多。根据其形态可分为板条马氏体、 针片状马氏体、蝶型马氏体、薄板马氏体、薄片马氏体 ’等 五种，其中板条马氏体和片状马氏体最为常见。
马氏体组织
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形成惯习面为{259}γ的透镜片状马氏体；
最主要的两个因素：奥氏体中碳含量和马氏体形成温度。
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马氏体转变
本节小结
1、主要介绍马氏体的两种基本形态：板条马氏体和片状马氏 体。还有蝶型马氏体、薄板马氏体、薄片马氏体’等。 比较板条马氏体和片状马氏体的形成钢和合金、形成温度、 组织特征、亚结构、形成过程、与奥氏体的晶体学关系、残余 奥氏体含量与分布。 2、影响马氏体形态及其内部亚结构的因素：化学成分、马氏 体的形成温度、奥氏体的层错能、奥氏体与马氏体的强度。