CH6.1 概述、钢中马氏体晶体结构PPT(10级)
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马氏体PPT.
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组织的形成
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马氏体由奥氏体急速冷却（淬火）形成，这种情况下奥氏体中固溶的碳原子 没有时间扩散出晶胞。当奥氏体到达马氏体转变温度（Ms）时，马氏体转变 开始产生，母相奥氏体组织开始不稳定。在Ms以下某温度保持不变时，少部 分的奥氏体组织迅速转变，但不会继续。只有当温度进一步降低，更多的奥 氏体才转变为马氏体。最后，温度到达马氏体转变结束温度Mf，马氏体转变 结束。马氏体还可以在压力作用下形成，这种方法通常用在硬化陶瓷上（氧 化钇、氧化锆）和特殊的钢种（高强度、高延展性的钢）。因此，马氏体转 变可以通过热量和压力两种方法进行。
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。
• 马氏体转变同样是在一定温度范围内（Ms-Mz）连续进行的，当温度 达到Ms点以下，立即有部分奥氏体转变为马氏体。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；针状马 氏体又硬又脆，无塑性变形能力。马氏体转变速度极快，转变时体积 产生膨胀，在钢丝内部形成很大的内应力，所以淬火后的钢丝需要及 时回火，防止应力开裂。[1]
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）。
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组织的形成
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马氏体由奥氏体急速冷却（淬火）形成，这种情况下奥氏体中固溶的碳原子 没有时间扩散出晶胞。当奥氏体到达马氏体转变温度（Ms）时，马氏体转变 开始产生，母相奥氏体组织开始不稳定。在Ms以下某温度保持不变时，少部 分的奥氏体组织迅速转变，但不会继续。只有当温度进一步降低，更多的奥 氏体才转变为马氏体。最后，温度到达马氏体转变结束温度Mf，马氏体转变 结束。马氏体还可以在压力作用下形成，这种方法通常用在硬化陶瓷上（氧 化钇、氧化锆）和特殊的钢种（高强度、高延展性的钢）。因此，马氏体转 变可以通过热量和压力两种方法进行。
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。
• 马氏体转变同样是在一定温度范围内（Ms-Mz）连续进行的，当温度 达到Ms点以下，立即有部分奥氏体转变为马氏体。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；针状马 氏体又硬又脆，无塑性变形能力。马氏体转变速度极快，转变时体积 产生膨胀，在钢丝内部形成很大的内应力，所以淬火后的钢丝需要及 时回火，防止应力开裂。[1]
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）。
钢中马氏体组织形态稳定化课件
01
马氏体是一种由碳和其他合金元 素在钢中形成的硬且脆的晶体结 构，通常在低温或室温下形成。
02
马氏体具有高密度位错和孪晶结 构，使其具有高硬度和耐磨性。
马氏体的形成与转变
马氏体的形成通常是在冷却过程中发 生的，当钢的温度低于其马氏体转变 温度时，马氏体开始形成。
马氏体的转变是非扩散性的，这意味 着碳原子不会在转变过程中发生大规 模的移动。
01
马氏体形态稳定化 的方法与技术
热处理工艺对马氏体形态的影响
温度
不同的热处理温度会影响马氏体的形态，过高或过低 的温度可能导致马氏体形态不稳定。
时间
热处理时间对马氏体形态的影响也较为显著，时间过 长可能导致马氏体形态发生变化。
冷却方式
不同的冷却方式对马氏体形态的影响较大，如油淬、 水淬等。
合金元素对马氏体形态的影响
钢中马氏体组织形态 稳定化课件
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
目录CONTENTS
• 钢中马氏体的基本概念 • 马氏体形态稳定化的重要性 • 马氏体形态稳定化的方法与技术 • 马氏体形态稳定化的研究进展与展
望 • 实际应用案例分析
01
钢中马氏体的基本 概念
马氏体的定义
不锈钢中马氏体的形态稳定化应用
总结词
不锈钢中马氏体的形态稳定化主要应用 于提高材料的耐腐蚀性能和力学性能。
VS
详细描述
不锈钢中的马氏体可以在特定的热处理条 件下形成，通过控制马氏体的形态和分布 ，可以提高材料的耐腐蚀性能和力学性能 。例如，通过控制固溶处理和时效处理工 艺，可以获得具有优良耐腐蚀性能和力学 性能的马氏体组织。
工具钢中马氏体的形态稳定化应用
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。
CH6.1 概述、钢中马氏体晶体结构 ppt课件
授课 朱世杰
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
PPT课件 3
授课 朱世杰
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。”
授课 朱世杰
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。
PPT课件 4
授课 朱世杰
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)
马氏体转变
6.5 马氏体的性能及影响因素
2020/3/7
1
授课 朱世杰
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。
2020/3/7
15
授课 朱世杰
作为形成显微裂纹的敏感度。
2020/3/7
11
授课 朱世杰
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
2020/3/7
10
授课 朱世杰
马氏体转变
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。
2020/3/7
含碳量对马氏体的强度与硬度的影响
2
授课 朱世杰
马氏体转变
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。
6.5 马氏体的性能及影响因素
2020/3/7
1
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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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马氏体转变
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
2
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马氏体转变
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。
铁素体型马氏体型-PPT精品文档
在高温下，即使名义应力低于相应温 度下的抗拉强度，也会发生断裂。蠕变断 裂是裂纹的萌生与扩展的过程。在高温下， 钢件受到外加作用力，由于晶界强度低于 晶内，晶界首开塑性变形的记录，即沿晶 界首先发生位错滑移，造成局部晶界的应 变能增大。于是晶界空位的势能出现梯度， 周围晶界或晶内的空位便流向晶界局部处 或晶界上夹杂物间界处聚集起来，形成空 位核心，当其大小超过临界尺寸，可以失 稳长大，出现裂纹的扩展。另外，由于几 个晶粒交会处产生应力集中，当继续发生 晶界滑移，该处应力超过原子结合力，便 可产生沿晶断裂。
★14.4 耐热钢设计构思及其实用钢种体系 ★14.5 铁素体型耐热钢
14.5.1 锅炉管子用铁素体型耐热钢 14.5.2 紧固件用铁素体型耐热钢
★14.6 马氏体型耐热钢 ★14.7 奥氏体型耐热钢
引言
耐热钢： 用以制作长期在高温条件下承担静、动载荷
构件的钢材应具有好的耐热性能，具有耐热 性能的钢材，也称热强钢。
14.3 在长期高温条件下钢件的强度 问题
14.3.1 高温对金属材料强塑性的影响
1.工作温度与载荷时间对钢件强度的影响
在高温条件下，金属原子间结合力的下降引 起金属强度急剧减低。在常温服役条件下金属强 度不受载荷时间的影响。然在高温时，载荷时间 明显影响强度，且温度越高，其影响越为显著。 对于某些金属，当加热到一定温度以上时，时间 因素对强度作用便表现的更为突出。如Fe，高于 350℃，若增加载荷时间，断裂应力便开始明显的 下降，其塑性亦减低。
14.3.2 锅炉、汽轮机零件对钢材的 性能要求
性能的主要要求有以下方面： （1）高的化学稳定性，即抗氧化腐蚀及抗 其它腐蚀介质腐蚀的能力； （2）高的高温强度； （3）良好的机加工和焊接性能。
CH6.2 马氏体的组织形态PPT(10级)
© 2002 PTC
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%Ni0.26%C，MS=-66℃
中图为Fe-31%Ni0.23%C，MS=-150℃
2020/6/29
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© 2002 PTC
(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。
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
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。
2020/6/29
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© 2002 PTC
9
© 2002 PTC
5.板条马氏体与奥氏体的晶体学关系
惯习面：(111)γ
6位.板向条关马系氏：体K的—形S关成系过程 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。
高锰钢的ε—马氏体组织 1000×
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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%Ni0.26%C，MS=-66℃
中图为Fe-31%Ni0.23%C，MS=-150℃
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(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。
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
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。
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5.板条马氏体与奥氏体的晶体学关系
惯习面：(111)γ
6位.板向条关马系氏：体K的—形S关成系过程 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。
高锰钢的ε—马氏体组织 1000×
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第6章 马氏体 PPT课件
马氏体 形态与 含碳量 的关系
0.2%C
0.45%C
1..2%C
合金元素的影响：
凡 能 缩 小 γ 相 区 （ Cr 、 Mo 、 W 、 V ） 的均促使得到板条状M，而扩大γ相区（C、 Ni、Mn、Cu、Co）的，将促进片状马氏 体形成，能显著降低A层错能的将促进ε － Ｍ的形成。
2）马氏体的形成温度
不同的片状马氏体 内部亚结构是不同的,可 以将其分为以中脊为中 心的相变孪晶区和无孪 晶区(片的周围部分，存在
位错）。
孪晶区所占比例与 马氏体的形成温度有关, 形成温度越低,相变孪 晶区所占比例越大。
(4)与C%的关系 片状马氏体的组织形态随合金成分的变化而改变。 对于碳钢： C%＜0.3%时，板条马氏体； 0.3%＜C%＜1.0%时，板条马氏体和片状马氏体混合 组织； C% > 1.0%时，全部为片状马氏体组织。 并且随着C%增加，残余奥氏体的含量逐渐增加。 合金元素Cr、Mo、Mn、Ni增加形成孪晶马氏体倾向。 (5)与奥氏体晶粒的关系。奥氏体晶粒越大，马氏体 片越大。
[110] γ∥[111] α
[211] γ∥[110] α
Ms > 3 5 0 ℃
Ms≈200～100℃
Ms<100℃
<0.3
1～4
0.3～ １ 时 为 混 合 型
1.4～ 2
板条体常自奥氏体晶界向晶内 凸透镜片状（或针状、竹 同左，片的中央有中脊。在两
平行排列成群。板条宽度多为 叶状）中间稍厚。初生者 个初生片之间常见到“Z”字
随马氏体的形成温度降低
板条状
蝶状
片状
薄片状
亚结构:
位错
孪晶
图Fe-Ni-C合金马氏体形态与碳含量的关系
实验教学课件-钢中马氏体组织观察
实验教学课件-钢中马氏体组织观察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。
CH6.5 马氏体的性能及影响因素PPT(10级)
4.马氏体转变量
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。
2020/3/7
13
授课 朱世杰
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。
2020/3/7
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授课 朱世杰
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。
2020/3/7
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授课 朱世杰
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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马氏体转变
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
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
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。
第十七章-马氏体
南京航空航天大学 材料科学与技术学院
缪强
第十七章 马氏体转变
前言
马氏体转变是由钢奥氏体化后快速冷却，抑 制其扩散型分解，在低温下进行的无扩散型相 变。马氏体转变是钢件热处理强化的主要手段， 产生马氏体组织的热处理工艺称为淬火。因此 马氏体转变的理论研究与热处理生产实践有密 切的关系。
前言
由于钢的成分和热处理条件不同，所获得的 马氏体的形态和亚结构也不相同，继而对钢件 的组织和力学性能产生不同的影响。通过对马 氏体形成规律的了解，才能正确地指导热处理 生产实践，充分发挥钢材的潜力。
第一节 钢中马氏体的晶体结构
结果使短轴方向的Fe间距伸长36%），而另两 个方向缩短4%，从而使体心立方变为体心正方 点阵。
由间隙碳原子造成 的这种非对称畸变称 为畸变偶极，可将其 视为一个强烈的应力 场，C原子就在这个 应力场的中心。
第一节 钢中马氏体的晶体结构
马氏体具有体心正方晶格 （a=b≠c）
第二节 马氏体转变的特点
γ
α’
γ 惯习面
C
F
G
S’ S
B
T’
T
D
E
R
A O
H P
中脊面
N M
马氏体形成时引起的表面倾动
第二节 马氏体转变的特点
若相变前在试样抛光面上刻一直线划痕STR，则 相变后产生浮凸使其变为折线S’T’TR，在显微镜 光线照射下，浮凸两边呈现明显的山阴和山阳。故 马氏体的形成是通过切变方式来进行的，马氏体和 奥氏体界面的原子是二者共有的，而整个相界面是 相互牵制的。
第二节 马氏体转变的特点
这种界面称为切变共格界面，即通过母相的切变 来维持共格关系的，也称第二类共格界面。
在具有共格界面的新旧两相中，原子位置有对应 关系，新相长大时，原子只作有规则的迁动而不改 变共格状态。
缪强
第十七章 马氏体转变
前言
马氏体转变是由钢奥氏体化后快速冷却，抑 制其扩散型分解，在低温下进行的无扩散型相 变。马氏体转变是钢件热处理强化的主要手段， 产生马氏体组织的热处理工艺称为淬火。因此 马氏体转变的理论研究与热处理生产实践有密 切的关系。
前言
由于钢的成分和热处理条件不同，所获得的 马氏体的形态和亚结构也不相同，继而对钢件 的组织和力学性能产生不同的影响。通过对马 氏体形成规律的了解，才能正确地指导热处理 生产实践，充分发挥钢材的潜力。
第一节 钢中马氏体的晶体结构
结果使短轴方向的Fe间距伸长36%），而另两 个方向缩短4%，从而使体心立方变为体心正方 点阵。
由间隙碳原子造成 的这种非对称畸变称 为畸变偶极，可将其 视为一个强烈的应力 场，C原子就在这个 应力场的中心。
第一节 钢中马氏体的晶体结构
马氏体具有体心正方晶格 （a=b≠c）
第二节 马氏体转变的特点
γ
α’
γ 惯习面
C
F
G
S’ S
B
T’
T
D
E
R
A O
H P
中脊面
N M
马氏体形成时引起的表面倾动
第二节 马氏体转变的特点
若相变前在试样抛光面上刻一直线划痕STR，则 相变后产生浮凸使其变为折线S’T’TR，在显微镜 光线照射下，浮凸两边呈现明显的山阴和山阳。故 马氏体的形成是通过切变方式来进行的，马氏体和 奥氏体界面的原子是二者共有的，而整个相界面是 相互牵制的。
第二节 马氏体转变的特点
这种界面称为切变共格界面，即通过母相的切变 来维持共格关系的，也称第二类共格界面。
在具有共格界面的新旧两相中，原子位置有对应 关系，新相长大时，原子只作有规则的迁动而不改 变共格状态。
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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
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马氏体转变 基本要求：
1. 2. 3. 4. 马氏体的定义、马氏体转变的含义、 马氏体(M)相变的五个主要特征的内容 马氏体的晶体结构的类型、正方度 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 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)
• 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。
2016/12/11
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马氏体转变
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 。
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马氏体转变 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。
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。
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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
2016/12/11
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马氏体转变 (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： {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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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 授课 朱世杰
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马氏体转变 2. 马氏体的正方度与碳含量的关系 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 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； ρ—马氏体碳含量(重量%)。
大型的相变。
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马氏体转变
马氏体定义的历史
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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。
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马氏体转变
(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。 {110}M //{111}γ差1°， <111>M //<110>γ差2°
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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。 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
(1) K-S关系 1 9 3 0 年 ， 库 尔 鸠 莫 夫 与 Sachs 在 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。
3、马氏体的位向关系和惯习面。
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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
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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。” • 《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 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。
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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： 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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