CH6.1 概述、钢中马氏体晶体结构(10级)
马氏体组织
实验 钢中马氏体组织观察马氏体是钢和一些铁合金的重要的基本组织。
随着合金种类和成份的变化马氏体的形态和内部精细结构等也跟着变化，这些变化对马氏本的机械性能会产生很大影响。
因此掌握马氏体的组织形态特征并了解影响组织形态的各种因素是十分必要的。
一、马氏体的组织形态近年来，随着薄膜透射电子显微技术的发展，人们对马氏体的形态及其精细结构进行了详细的研究，发现钢中的马氏体组织形态虽然是多种多样，但就其特征而言，大体可分为板条群集状马氏体、透镜片状马氏体、蝶状马氏体、薄片状马氏体、ε—马氏体等。
其中最常见的是板条群集状马氏体和透镜片状马氏体。
下面对这两种常见的马氏体形态进行较详细的介绍，其他马氏体形态只作一般介绍。
1.板条群集状马氏体 板条群集状马氏体是在低碳钢、中碳钢、马氏体时效钢、不锈钢等铁系合金中生成的一种典型的马氏体组织。
这种马氏体在光学显微镜下的组织特征主要是由尺寸大致相同平行排列的板条状马氏体群组成。
所以称此马氏体为群集状马氏体（参看图1-61）。
近年来用电子显微镜研究的结果，发现板条内有密度很高的位错，位错密度约为（0.3～0.9）×1012cm -1，为此，有时也称板条群集状马氏体为位错型马氏体（见图1～62）。
此外，在板条内的局部地区也有孪晶存在，但数量很少，不是主要的晶格缺陷。
板条群集状马氏体与母相奥氏体的晶体学位向关系是K ～S 关系，惯习面为（111）γ；18～8型奥氏体不锈钢中的板条群集状马氏体的惯习面是(225)Γ。
应用透射电子显微镜测定板条宽度范围在0.025～2.25μ之间，大多数板条的宽度为0.1～0.2μ之间。
相同方向的板条马氏体群之内，相邻板条之间并不严格平行而是以小角度晶界相间，板条群之间以大角度晶界相间。
实验证明，改变奥氏体化温度，即改变奥氏体晶粒大小，对板条宽度几乎没有影响，图1-61板条马氏体在光学显微镜下的组织形态 图1-62板条马氏体在电子显微镜下的组织形态但板条群的大小却随奥氏体晶粒的增大而增大，两者之间的比大致不变。
10.2.1 钢中马氏体的晶体结构
图10.16 奥氏体和马氏体的点阵常数与碳含量的关系
随钢中碳含量升高，马氏体的点阵常数 ↑ 随钢中碳含量升高，马氏体的点阵常数c↑，a↓，正方度 ↑ ， ↓ 正方度c/a↑ 可用下列公式表示
c = a 0 + αρ a = a 0 − βρ c / a = 1 + γρ
式中， 点阵常数）； 式中，a0＝2.861Å（α-Fe点阵常数）；α＝0.116；β＝ （ 点阵常数）；α ； 0.013；γ＝0.046；ρ为马氏体碳含量（重量百分数）。α ； ）。α ； 为马氏体碳含量（重量百分数）。 点阵中引起局部畸变的程度。 和β的数值表示碳在α-Fe点阵中引起局部畸变的程度。 的数值表示碳在α 点阵中引起局部畸变的程度
2．马氏体的点阵结构及其畸变
C原子在马氏体点阵中的可能位置是分布在 原子在马氏体点阵中的可能位置是分布在α-Fe体心立 原子在马氏体点阵中的可能位置是分布在 体心立 方单胞的各棱边中央 面心位置 棱边中央和 位置。 方单胞的各棱边中央和面心位置。
可视为C原子处于一个由 原子组成的 可视为 原子处于一个由Fe原子组成的扁八 原子处于一个由 原子组成的扁八 面体孔隙之中， 面体孔隙之中，扁八面体的长轴为 2 a，短轴为 ， 孔隙之中 ，短轴为c， 其几何形状如图中粗线所示。根据计算， 其几何形状如图中粗线所示。根据计算，这个扁 八面体的孔隙在短轴方向上半径仅为0.19 Å，而C 八面体的孔隙在短轴方向上半径仅为 ， 原子有效半径为0.77 Å。因此，在平衡状态下，C 原子有效半径为 。因此，在平衡状态下， 中的溶解度极小（ ％）。而一般钢 在α-Fe中的溶解度极小（0.006％）。而一般钢 中的溶解度极小 ％）。 中马氏体的碳含量远远超过这个数值， 中马氏体的碳含量远远超过这个数值，所以引起 点阵畸变。 点阵畸变。
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马氏体转变
3. 马氏体的异常正方度 有些钢的马氏体的正方度远偏离式(6-3)的数值，称为异常
正方度。
在高碳铝钢（1.5%C，7%Al）和高镍钢（1.0%C，19%Ni）中
新淬火马氏体，测试其正方度要高于式(6-3)给出的数值，称为
异常高正方度；当温度回升到室温时，正方度下降。Ms点低于
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马氏体转变
概述
• “水与火合为淬”(史记. 天官记)(公元前
91年)
• “巧冶铸干将之朴(窄长有短把的刀)，清水
淬其锋”（汉书. 王褒传）
• 《搜神记》干将、莫邪(吴国一对铁匠夫妇),
也是古代锋利的宝剑的代称。
干将
莫邪
• 《太平御览·蒲元传》载三国时蜀人蒲元对他的“神刀”淬火用水的选择。 “刀成，自言汉水钝弱，不任淬用。蜀江爽烈，乃命人于成都取之。”
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马氏体转变
6.1.3 马氏体转变具有一定的位向关系和惯习面
马氏体转变时马氏体与奥氏体存在着严格的晶体学关系： 位向关系和惯习面
相变时，整体相互移动一段距离，相邻原子的相对位置 无变化。作小于一个原子间距位置的位移，因此奥氏体与马氏 体保持一定的严格的晶体学位向关系。
位向关系有：(1) K-S关系 (2) 西山(N)关系 (3) G-T关系 (4) K-V-N关系
就是预冷淬火工艺。
• 当相同成分的钢以很快的速度冷却(比如在水中冷却)到室温或更低温
度时(称这种冷却为淬火)。淬火获得马氏体是使钢强韧化的先决条件。
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马氏体转变
6.1 钢中马氏体的晶体结构
6.1.1 马氏体相变和马氏体的定义
CH6.5 马氏体的性能及影响因素PPT(10级)
6.5 马氏体的性能及影响因素
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马氏体转变
4.8.1 马氏体的硬度和强度
一.马氏体的高硬度和高强度 1.钢中马氏体力学性能的显著特点是具有高硬度和高强度。 2.马氏体的硬度主要取决于马氏体的含碳量。通常情况下，马 氏体的硬度随含碳量的增加而升高。但当碳含量超过0.6%时， 硬度增长趋势下降。
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作为形成显微裂纹的敏感度。
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马氏体转变
(一)影响形成显微裂纹因素
1.含碳量
当WC<1.4%时，随碳量增加，SV 急
剧增加，因而此时生成的是细而长的 横贯奥氏体晶粒的{225}M，易受撞击 而断裂。当WC>1.4%时，随碳量增加，
SV 反而下降，因此时生成短而宽的
{259}M，不易受撞击断裂。通常马氏
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6.5.5 高碳马氏体的显微裂纹
马氏体片形成速度极快，互相撞击或与奥氏体晶界相撞时 可形成很大的应力集中，加之高碳马氏体本身很脆，故在撞 击时极易产生裂纹。这些裂纹虽很小，但可成为疲劳裂纹源 而导致开裂。
以单位体积马氏体内出现显微裂纹的面积SV (mm2/mm3 )
3.淬火钢的硬度取决于马氏体 和残余奥氏体的相对含量。只 有当残余奥氏体量很少时，钢 的硬度与马氏体的硬度才趋于 一致。这是必须注意的。 4.马氏体的屈服强度随含碳量 的增加而升高。
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含碳量对马氏体的强度与硬度的影响
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不同碳含量的钢淬火后的硬度及碳含量与残 余奥氏体量的关系。 曲线1是完全淬火并进行冷处理后马氏体的 硬度。奥氏体全部转化为马氏体，所得即 为马氏体硬度和碳含量关系。
CH6.2 马氏体的组织形态(10级)
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
• 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 细小。
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板 条 马 氏 体 和 片 状 马 氏 体 比 较
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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、
体。
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
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板条马氏体组织
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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。
马氏体钢
谁给解释一下珠光体，马氏体，贝氏体，索氏体，莱氏体等，其形成条件及形状，以及其力学性能莱氏体：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。
因莱氏体的基体是硬而脆的渗碳体，所以硬度高，塑性很差。
/view/530917.html?wtp=tt（莱氏体中文名称：莱氏体英文名称：ledeburite 定义：高碳的铁基合金在凝固过程中发生共晶转变所形成的奥氏体和碳化物(或渗碳体)所组成的共晶体。
机械工程（一级学科）；机械工程(2)_热处理（二级学科）；机械工程(2)一般热处理名词（三级学科）莱氏体（ledeburite）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。
莱氏体的命名得自Adolf Ledebur (1837-1916)。
关于他，我们只知道他是Bergakademie Freiberg的第一个"Eisenhüttenkunde"教授，并因在1882年发现了铁碳"Mischkristalle" 而闻名。
CH6.5 马氏体的性能及影响因素PPT(10级)
SV 随马氏体量增大而增大，但当马氏体量超过27%后，形成 的马氏体均细小，不致引起显微裂纹，SV不再随马氏体量增大
而增大。
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马氏体转变
(二)减少显微裂纹的途径 1.降低高碳钢的奥氏体化温度，采用不完全淬火。 2. 淬火后立即回火使大部分显微裂纹弥合。
各种组织的裂纹敏感性： F → P → B-F →板条 马氏体 →上B → 粒状B → 岛状马氏体 /γ → 针状马氏体，显微裂纹的敏感性增加。
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马氏体转变
本节小结
1、马氏体的高硬度和高强度及其原因。 2、马氏体的韧性和塑性及原因。马氏体的相变诱 发塑性。 3、马氏体的物理性能。 4、高碳马氏体的显微裂纹及影响因素。
体双相组织。故随碳量增高，奥氏体量增加，由于奥氏体硬度低，硬度反
而下降。
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马氏体转变
二. 马氏体高硬度(高强度)的本质 马氏体具有高硬度、高强度的原因是多方面的，其
中包括：固溶强化、相变强化、时效来自化、晶界强化。1.相变强化 相变强化是指马氏体相变时，在晶体内造成晶格缺
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6.5.3 马氏体的相变诱发塑性 具有高的延伸率和低的流变抗力。在相变的同时
呈现的超塑性称为相变超塑性。
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马氏体转变
6.5.4 马氏体的物理性能 钢中马氏体具有铁磁性和高的矫顽力，其比容
与奥氏体的比容相差很大。 1.比容 马氏体比容最大 2.磁性 高的铁磁性和 矫顽力 3.电阻 马氏体的电阻率比P大
马氏体
马氏体组织马氏体马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。
最先由德国冶金学家Adolf Martens(1850-1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中发现。
马氏体的三维组织形态通常有片状(plate)或者板条状(lath)，但是在金相观察中（二维）通常表现为针状（needle-shaped），这也是为什么在一些地方通常描述为针状的原因。
马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT）。
中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。
高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一。
中文名：马氏体外文名：martensite释义：黑色金属材料的一种组织名称提出者：阿道夫·马滕斯一、马氏体发展史1、马氏体19世纪90年代最先由德国冶金学家阿道夫·马滕斯（Adolf Martens，1850-1914）于在一种硬矿物中发现。
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。
1895年法国人奥斯蒙（F.Osmond）为纪念德国冶金学家马滕斯（A.Martens），把这种组织命名为马氏体(Martensite)。
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）。
2、组成类型常见马氏体组织有两种类型。
中低碳钢淬火获得板条状马氏体，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；高碳钢淬火获得针状马氏体，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。
马氏体晶体结构
马氏体晶体结构马氏体晶体结构(最常见的晶体结构)是指在高于其转化温度下存在的稳定相。
一般说来，各种不同的原子半径对应着不同的相，因而由各种原子半径所组成的几种相之间就有共格或间隙两类相的区别。
1)同素异形体，例如铁素体和渗碳体。
它们与纯金属晶体一样都具有面心立方晶胞，但其晶格中的原子排列方式却不同。
铁素体中C 原子全部填在晶胞的体心上，具有等边三角形晶格。
渗碳体中C原子也全部填在晶胞的体心上，但每个C原子各占据着一条短而直的奥氏体轴，形成的是六方晶胞。
这样，铁素体晶格的面积大，但晶格缺陷多;渗碳体晶格的面积小，但晶格缺陷少。
2)原子晶体结构，简称晶体。
具有相同空间点阵的一类原子集合体，这些空间点阵称为晶胞。
一个晶胞可以容纳一定数目的原子，即具有一定数目的原子。
通常所说的晶体是指原子晶体。
人们日常生活和生产中接触到的固体物质，绝大多数是多晶体，只有少数单晶体。
自然界中的矿石、岩石大多是多晶体，它们是天然产物。
在三种同素异形体中，只有铁素体有对称性。
其余两种均无对称性，都有一些特殊晶体结构，如体心立方晶胞中，还有一个含C、 H 原子的八面体。
3)过渡系列，铁碳合金的马氏体、托氏体、奥氏体、贝氏体，过冷奥氏体的回复和再结晶等。
无论哪一种过渡系列，均具有面心立方晶胞。
过冷奥氏体也具有六方晶胞，回复到奥氏体状态时也具有正六方晶胞。
铁碳合金马氏体的晶胞，除了原子位置不同外，其他形状与铁素体相似，因此通常称之为类铁素体。
4)异相系列，由过渡系列形成的固态物质称为异相。
例如钢在淬火后，一般都具有马氏体或贝氏体组织，而且这两种组织是完全不同的。
但在工业纯铁中，马氏体和贝氏体也可同时存在，这是由于奥氏体保持较高的溶碳能力，当奥氏体中的含碳量增加到一定程度时，奥氏体中的含碳量达到饱和，剩余的含碳量很少，这时如果再继续增加含碳量，则将不再析出贝氏体，只能获得单一的马氏体组织。
，自发形成等轴晶粒。
6，铁碳合金不仅有一系列相组成，而且各相组成和比例也各不相同。
马氏体
马氏体（用M表示）马氏体1、马氏体通常是指碳在a-Fe中的过饱和固溶体。
2、钢中马氏体的硬度随碳含量的增加而提高。
高碳马氏体硬度高而脆，低碳马氏体则有较高的韧性。
马氏体在奥氏体转变产物中硬度最高。
理论上来说，马氏体是通过钢进行淬火而直接形成的，含碳量越低，所需的过冷度就越大。
所以当含碳量低到一定程度后，就不能够形成马氏体了。
马氏体的正常显微状态是呈针状的。
马氏体的特点是硬度高，韧性差。
它也是钢材淬火后的基本组织，通过对马氏体进行回火，可得到其他不同的金相组织。
所以马氏体在热处理中是极为重要的一章。
高碳马氏体硬而脆，韧性很低。
硬度HB600-700。
组织很不稳定，硬度很高，脆性很大，延伸率和断面收缩率几乎为零。
板条马氏体（低碳马氏体）有较高的强度和良好的塑性、韧性，抗拉强度1200-1600MPa，延伸率10%，断面收缩率40%，冲击功为600KPa•m（可能为60J，需进一步验证）钢中马氏体的形态很多，淬火钢中形成的马氏体形态主要与钢的含碳量有关.，但就其单元的形态特征和亚结构的特点来看有五种，即：板条马氏体、片状马氏体、蝶状马氏体、薄片状马氏体、薄板状马氏体。
其中主要有两种类型,即板条状马氏体和片状马氏体最为常见。
4、钢的马氏体转变当奥氏体的冷却速度大于VK,并过冷到MS以下时,就开始发生马氏体转变.。
由于马氏体转变温度极低,过冷度很大,而且形成的速度很快,使奥氏体向马氏体的转变只发生r-Fe向a-Fe的晶格改组,而没有铁,碳原子的扩散.所以马氏体的含碳量就是转变前奥氏体的含碳量,由于a-Fe中最大溶碳量为0.0218%,所以马氏体是碳在a-Fe中的过饱和间隙固溶体.。
：马氏体转变温度：马氏体转变温度以下不在转变。
内完成转变。
在低于Mz以下不在转变Ms-Mz（Ms=230°C，Mz=-50°C）内完成转变板条马氏体：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5、板条马氏体称为板条马氏体。
钢在冷却时的转变之马氏体晶体结构、组织、性能
钢在冷却时的转变之马氏体晶体结构、组织、性能马氏体晶体结构、组织、性能一、定义（1）马氏体转变：钢从奥氏体状态快速冷却，抑制其扩散性分解（低于M S点发生的无扩散型相变叫做马氏体转变。
值得注意的是基本特征属于马氏体转变的相变，其相变产物都称为马氏体。
（2）马氏体：钢中的马氏体就其本质来说，是碳在α-Fe中过饱和的间隙固溶体。
二、马氏体的晶体结构三、马氏体的组织形态钢中马氏体有两种基本形态：板条马氏体（位错马氏体）、片状马氏体（又称针状马氏体）。
（1）板条马氏体板条马氏体是在低碳钢、中碳钢、马氏体时效钢、不锈钢等铁基合金中形成一种典型的马氏体组织。
a）结构形态：马氏体板条（D）→马氏体束（B-2条;C-1条）→板条群（3~5个）→板条马氏体；b）密集的板条之间通常由含碳量较高的残余奥氏体分割开，这一薄层残留奥氏体存在显著地改善钢的力学性能；c）板条马氏体内有大量位错，这些位错分布不均匀。
形成胞状亚结构，称为位错胞，所以又称位错马氏体。
（2）片状马氏体高碳钢（ωC＞0.6%）、ωNi=30%的不锈钢及一些有色金属和合金，淬火时形成的片状马氏体组织。
a）结构形态：片状马氏体的空间形态呈凸透镜状，由于试样抛磨与其截面相截，因此在光学显微镜下呈针状或竹叶状，故片状马氏体又称针状马氏体或竹叶状马氏体；b）显微组织特征：马氏体片互相不平行，在一个奥氏体晶粒内，第一片形成的马氏体往往贯穿整个奥氏体晶粒，并将其分割成两半，使以后形成的马氏体片尺寸越来越小。
c）尺寸：最大尺寸取决于原始奥氏体晶粒大小，奥氏体晶粒越大，则马氏体片越粗大。
d）隐晶马氏体：当最大的马氏体片细小到光学显微镜不能分辨时，便成为“隐晶马氏体”在生产中正常淬火得到的马氏体，一般都是隐晶马氏体；e) 片状马氏体的亚结构主要是孪晶，因此片状马氏体又称孪晶马氏体。
孪晶通常分布在马氏体的中部，不扩展到马氏体片的边缘区，在边缘区有高密度的位错。
在含碳量ωC＞1.4%的钢中可见到马氏体片中的中脊线，它是高密度的细的微细孪晶区；f) 显微裂纹：马氏体形成速度极快，在其相互碰撞或奥氏体晶界相撞时将产生相当大的应力场，片状马氏体本身硬而脆，不能通过滑移或孪生变形使应力得以松弛，因此容易形成撞击裂纹。
马氏体转变的晶体学
第二节 马氏体转变的晶体学一、马氏体的晶体结构： （一）、钢中马氏体的本质： 马氏体是碳溶于α-Fe中的过饱和间隙式固溶体，记为M或α'。
其中的碳择优分布在c轴方向上的八面体间隙位置。
这使得c轴伸长，a轴缩短，晶体结构为体心正方。
其轴比c/a称为正方度，马氏体含碳量愈高，正方度愈大。
（二）、马氏体的晶体结构类型：马氏体的晶体结构类型有两种：体心立方结构（W C<0.2%）、体心正方结构（W C>0.2%） 。
奥氏体具有面心立方点阵，溶入的碳原子位于铁原子所组成的正八面体中心(图4-8a)。
（a） C原子在马氏体的晶胞中可能存在的位置； （b） C原子在马氏体的晶胞中一组扁八面体间隙位置可能存在的情况；图4-8 马氏体的晶胞模型 M转变时，面心立方的A通过切变转变为体心立方的α-Fe，此时，马氏体中的碳原子仍停留在六个铁原子所组成的八面体中心。
由图4－8可见，C原子位于面心或棱边中心，即扁八面体的中心，C原子溶入后，会使短轴（c轴）伸长，长轴（a轴）缩短。
其轴比c/a不再等于1，称为马氏体的正方度。
(c，a为点阵参数)。
马氏体正方度与含碳量呈直线关系，含碳量愈高，正方度愈大，即： c/a=1＋0.046w c 即：AA'=BB'=CC' 马氏体转变时，面心立方的A通过切变转变为体心立方的α-Fe，此时，碳原子仍停留在六个铁原子所组成的八面体中心(图4-8b)。
由上图可见，C原子位于面心或棱边中心，即扁八面体的中心，因为B1B1'= C1C1'>A1A1'，C原子溶入后，会使短轴A1A1'=伸长，长轴B1B1'和C1C1'缩短。
c/a不再等于1，称为正方度。
(c，a为点阵参数，A1A1'=c，B1B1'=a，C1C1'=b)C含量对c，a的影响可见式(4-1)。
c =α0+αρ (4-1a) a =α0+βρ (4-1b) c/a=1+γρ (4-1c)式中：α0＝0.2861nm (α-Fe点阵参数)； α= 0.116±0.002； γ=0.046±0.001； β= 0.013±0.002；图4－9 马氏体点阵参数与C含量的关系 ρ-马氏体碳含量(重量%)。
马氏体
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。
钢中马氏体组织形态、稳定化
若Ms～Mf均高于T0′，则全部形成位错型 马氏体；
片状马氏体内有许多相变孪晶，孪晶接合部分 的带状薄筋称为中脊，中脊为高密度的相变孪晶区。 相变孪晶的存在是片状马氏体组织的重要特征。孪 晶间距大约为5nm，一般不扩展到马氏体边界上， 在马氏体片边缘区域则为复杂的位错组列。
根据亚结构的差异，可将片状马氏体的亚结 构分为以中脊为中心的相变孪晶区（中间部分） 和无孪晶区（片的周围部分，存在位错）。
1）化学成分 母相奥氏体的化学成分是影响马氏体形态及
其内部亚结构的主要因素，其中尤以碳含量最为重 要。在Fe-C合金中
0.3％C以下
板条状马氏体
0.3～1.0％C
板条状和片状的混和组织
1.0％C以上
片状马氏体
马氏体 形态与 含碳量 的关系
0.2%C
0.45%C
1..2%C
在其它合金元素中:
凡能缩小γ相区的均能促使得到板条状马氏体；凡 能扩大γ相区的将促使马氏体形态从板条状转化为 片状。
一般情况下，等温温度越高，淬火后获得的 马氏体量就越少，即δ值就越大，这说明奥氏体 热稳定化程度也就越高。
但当等温温度超过一定限度后，随等温温度 的升高，奥氏体稳定化的程度反而下降，这种现 象称为反稳定化。
已转变的马氏体量对奥氏体的热稳定化程 度也有很大影响，奥氏体的热稳定化程度随已转 变马氏体量的增多而增大。
马氏体的内部亚结构取决于相变时的变形方式 是滑移变形还是孪生变形。
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马氏体转变
马氏体的晶胞模型
(a)碳原子在马氏体的晶胞中可能存在的位置 (b)碳原子在马氏体的晶胞中一组扁八面体间隙位置可能存在的情况 (c)碳原子在马氏体的晶胞中一组扁八面体间隙位置未填满的情况
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马氏体转变
2. 马氏体的正方度与碳含量的关系
也是古代锋利的宝剑的代称。
干将
莫邪
• 《太平御览·蒲元传》载三国时蜀人蒲元对他的“神刀”淬火用水的选择。 “刀成，自言汉水钝弱，不任淬用。蜀江爽烈，乃命人于成都取之。”
• 《北齐书·列传》(第四十一)，载东魏、北齐间(534～577)的綦母怀文在 “宿铁刀”淬火时“浴以五牲之溺，淬以五牲之脂”。可见当时已采用含
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马氏体转变
基本要求：
1. 马氏体的定义、马氏体转变的含义、 2. 马氏体(M)相变的五个主要特征的内容 3. 马氏体的晶体结构的类型、正方度 4. 马氏体的两种基本形态是板条马氏体和片状马氏体；影响马氏体形态
及其内部亚结构的因素
5. 马氏体转变的热力学条件、驱动力、T0、MS的物理意义、Ms点很低
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6.1.2 钢中马氏体的晶体结构
1. 马氏体的点阵常数的变化 马氏体具有正方点阵结构，记为
M或α’。马氏体转变时，面心立方的 奥氏体通过切变转变为体心立方的αFe，此时碳原子仍停留在六个铁原子 所组成的八面体中心。碳原子位于面 心或棱边中心，即扁八面体的中心， 碳原子溶入后，会使短轴(c轴)伸长， 长轴(a轴)缩短，晶体结构为体心正方。 其轴比c/a不再等于1，称为马氏体的 正方度 。
9. 奥氏体稳定化：热稳定化和机械稳定化 10. 马氏体转变的应用(本部分作一般了解)
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马氏体转变
概述
• “水与火合为淬”(史记. 天官记)(公元前91
年)
• “巧冶铸干将之朴(窄长有短把的刀)，清水
淬其锋”（汉书. 王褒传）
• 《搜神记》干将、莫邪(吴国一对铁匠夫妇),
盐的水和油作为具有不同冷却速度的液冷介质。
• 明代宋应星的《天工开物》中对制蹉的记载：“以已健划成纵斜文理，划 时斜向入，则方成焰。划后烧红，退微冷，入水健。”其中“退微冷”，
就是预冷淬火工艺。
• 当相同成分的钢以很快的速度冷却(比如在水中冷却)到室温或更低温度 时(称这种冷却为淬火)。淬火获得马氏体是使钢强韧化的先决条件。
的原因、马氏体的形成条件、影响钢的MS点因素 6. 马氏体转变动力学主要有四种方式，各种方式的特征。 7. 马氏体转变机制：形核理论、三种切变模型(本部分作一般了解) 8. 马氏体的性能：力学性能的显著特点、马氏体高硬度(高强度)的本质、
强度和韧性与含碳量及亚结构的关系；超塑性、高碳马氏体的显微裂 纹
马氏体转变
第六章 马氏体相变与 钢在冷却过程中的低温转变
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马氏体转变
本章内容提要 1.马氏体的定义、马氏体转变的含义 2.马氏体(M)相变的主要特征 3.马氏体的晶体结构 4.马氏体的组织形态 5.马氏体转变的热力学 6.马氏体转变动力学 7.马氏体转变机制 8.马氏体的性能 9.马氏体转变的应用
当碳含量小于0.2%时，碳原子偏聚于马氏体的位错线或是 均匀地分布在X、Y和Z三个位置上，即处于完全无序状态。碳 原子的存在虽然引起点阵常数的增加，但不会改变正方度。 合金元素对马氏体的正方度影响不大。
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马氏体转变
4.马氏体的晶体结构类型 马氏体的晶体结构类型有两种：
马氏体正方度与含碳量呈直线关系，含碳量愈高，正方度
愈大，即：c/a = 1＋0.046wc
• 碳含量对c，a的影响 c=α0+αρ a=α0+βρ c/a =1+γρ 式阵中参：数)α；0＝0.2861nm (α-Fe 点
• α=0.116±0.002； γ=0.046±0.001； β=0.013±0.002； ρ—马氏体碳含量(重量%)。
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{110}M //{111}γ差1°， <111>M //<110>γ差2°
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6.1.4 惯习面 惯习面即马氏体转变的不变平面，马氏体即在此平面上形
成。惯习面总是平行或接近奥氏体的某一晶面，并随奥氏体中
含碳量及马氏体形成温度而变化。
● 当WC< 0.6%时，惯习面为{111}γ； ● 当WC=0.6%1.4%时，惯习面为{225}γ； ● 当WC=1.4%2.0%时，惯习面为{259}γ。
1.4%碳的碳钢中发现，马氏体与奥氏 体有下述关系： {110}M //{111}γ，
<111> M //<110> γ 右图为钢中马氏体在不同的(111)γ晶面 上形成时可能有六种不同K-S关系。
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(2) 西山关系
1934年，西山在铁镍合金中发现， 在室温以上形成的马氏体与奥氏体之间 存在K-S关系，而在-70℃以下形成的马 氏体与奥氏体呈下列关系：
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马氏体转变
3. 马氏体的异常正方度 有些钢的马氏体的正方度远偏离式(6-3)的数值，称为异常
正方度。 在 高 碳 铝 钢 （ 1.5%C ， 7%Al ） 和 高 镍 钢 （ 1.0%C ，
19%Ni）中新淬火马氏体，测试其正方度要高于式(6-3)给出 的数值，称为异常高正方度；当温度回升到室温时，正方度下 降 。 Ms 点 低 于 0 ℃ 的 锰 钢 （ 0.6%-0.8%C,6%-7%Mn ） 制 成 奥氏体单晶，淬入液氮，测试其在液氮温度下的正方度要低于 式(6-3)给出的数值，称为异常低正方度。
体心立方结构(WC<0.2%) （a=b=c） 体心正方结构(WC>0.2%) （a=b≠c）
奥氏体具有面心立方点阵，溶入的碳原子位于铁原子所组成 的正八面体中心。
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6.1.3 马氏体转变具有一定的位向关系和惯习面
马氏体转变时马氏体与奥氏体存在着严格的晶体学关系： 位向关系和惯习面
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马氏体转变
6.1 钢中马氏体的晶体结构
6.1.1 马氏体相变和马氏体的定义
1.马氏体转变的含义(链接) • 指钢从奥氏体状态快速冷却(即淬火)而发生的无扩散型相变，
转变产物为马氏体。 • 是替换原子经无扩散位移(均匀和不均匀形变)、由此产生形
状改变和表面浮突、呈不变平面应变特征的一级、形核长大 型的相变。
惯习面也可因马氏体形成温度而变化。
马氏体形成温度下降，惯习面有向高指
数变化的趋势。对于碳量较高的钢，先
形成的马氏体的惯习面为{225}γ，后形成 的马氏体的惯习面为{259}γ。
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马氏体转变
本节小结
1、马氏体转变的含义和马氏体的定义。 2、马氏体的晶体结构、正方度。 3、马氏体的位向关系和惯习面。
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马氏体定义的历史
马氏体转变
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马氏体转变
2.马氏体的定义：
• 马氏体是碳溶于α-Fe中的过饱和间隙式固溶体； • 马氏体是在冷却过程中所发生的基本特征属于马氏体型转
变的转变产物。母相无扩散地、以惯习面为不变平面的切变 共格的相变产物，统称为马氏体。 • 原子经无扩散切变的不变平面应变的晶格改组，得到的与 母相具有严格晶体学关系和惯习面的含有高密度位错、层错 或孪晶等晶体缺陷的组织称为马氏体。
{110}M //{111} γ <110> M //<112> γ 西山关系与K-S关系相比，晶面关系相 同，晶向关系相差5°16’。
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氏体转变
(3) G-T关系
1994年，Grenigen与Troiano 在FeNi-C合金中发现，马氏体与奥氏体的位向 接近K-S关系，但略有偏差，其中晶面差 1度，晶向差2°，称为G-T关系。
相变时，整体相互移动一段距离，相邻原子的相对位置 无变化。作小于一个原子间距位置的位移，因此奥氏体与马氏 体保持一定的严格的晶体学位向关系。
位向关系有：(1) K-S关系 (2) 西山(N)关系 (3) G-T关系 (4) K-V-N关系
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马氏体转变
(1) K-S关系 1 9 3 0 年 ， 库 尔 鸠 莫 夫 与 Sachs 在