CH6.2马氏体的组织形态PPT(10级)
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）。
CH6.5 马氏体的性能及影响因素PPT(10级)
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马氏体转变
2.奥氏体晶粒度 奥氏体晶粒度越大，横贯奥氏体的马氏体越粗大，越易发生
撞击而断裂，SV 越大。故为降低SV，高碳钢中奥氏体化温度不
宜过高，以免溶入过多碳及使晶粒长大。 3.淬火冷却温度
淬火冷却温度越低，奥氏体残越少，马氏体量越多，形成裂 纹可能性越大，故对于高碳钢，采取冷处理时，必须慎重。
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
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马氏体转变
6.5.5 高碳马氏体的显微裂纹
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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。
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。
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
马氏体的组织形态
第三节马氏体的组织形态(本节建议时间：15分钟)一马氏体的形态1. 板条马氏体出现于低、中碳钢中，其形貌可见图3-3-1，其中的板条束为惯习面相同的平行板条组成，板条间有一层A膜；板条的立体形态可以是扁条状，也可以是薄片状；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M的亚结构为位错，密度高达(0.3 0.9)×1012/cm2，故称位错M。
3-3-1板条马氏体显微组织特征示意图2. 透镜片状马氏体(简称片状M)出现于中、高碳钢中，其形貌可见图3-3-2。
立体外形呈双凸透镜状，断面为针状或竹叶状。
马氏体相变时，第一片分割奥氏体晶粒，以后的马氏体片愈来愈小。
M形成温度高时，惯习面为{225}A，符合K-S关系；形成温度低时，惯习面为{259} A，符合西山关系.片状M的亚结构为{112}M的孪晶。
M还有其它形态如蝶状、薄片状与薄板状等。
3-3-2透镜片状马氏体二影响M形态及其内部亚结构的因素1. 化学成分奥氏体中碳含量的影响最为重要，在碳钢中，当C含量：C<0.3%时，生成板条M，亚结构为位错；C>1.0%时，生成片状M，亚结构为孪晶@c000000255；C为0.3 1.0%时，生成混合型组织(片状+板条)。
2. 形成温度M S点高的A，冷却后形成板条M，亚结构为位错;M S点低的A，冷却后形成片状M，亚结构为孪晶;M S点不高不低的A，冷却后形成混合型组织(片状+板条M)，亚结构为位错+孪晶。
9.5 马氏体转变钢经奥氏体化后快速冷却，抑制其扩散分解，在较低温度下发生无扩散性相变－马氏体相变，这一过程通常称为淬火。
9.5.1 钢中马氏体的晶体结构轴比c/a称为马氏体的正方度9.5.2 钢中马氏体转变的主要特点无扩散相变，以共格切变的方式进行；特点：无扩散性；具有一定的位向关系和惯习面：钢中马氏体的惯习面随奥氏体的含碳量及马氏体的形成温度不同而异；表面浮凸现象；转变在一个温度范围内完成；不需要孕育期，高速长大。
马氏体的这些形态，您都见过吗？
马氏体的这些形态，您都见过吗？图1 低碳合金钢（0.03%C，2%Mn）的板条状马氏体100X图2 低碳合金钢（0.03%C，2%Mn）的薄膜透射显微组织20000X图3 板条状马氏体显微组织的晶体学特征示意图图4 钢中马氏体（111）γ面上形成时可能有的取向图5 Fe-0.2%C合金中板条状马氏体同位向束内的一部分组织（透射电子显微照片）根据Fe-0.2%C合金中的研究结果，板条宽度分布为图6 所示的对数正态分布。
图6 薄膜和复型技术的板条状分布图7 Fe-0.2%C合金板条马氏体部分显微组织（透射电子显微照片）图8 Fe-15%Cr-12&Ni（Ms=-90°）合金板条马氏体显微组织（王水，甘油腐蚀）图9 T12A钢的过热淬火组织400X（1000℃加热，水淬）图10 片状马氏体显微组织示意图片的大小几乎完全取决于奥氏体的晶粒大小。
片状马氏体常能见到有明显的中脊（见图11 )。
图11 片状马氏体（有明显的中脊，T12钢1200℃渗碳5小时淬水，180℃回火）关于中脊的形成规律目前尚不十分清楚。
片状马氏体的惯习面是（225)γ，或（259)γ，与母相的位向关系是K-S关系或西山关系。
从图12 可见，马氏体内的许多细线是相变栾晶，中间接合部分的带状薄筋是中脊。
图12 片状马氏体的透射电镜组织表1 铁碳合金马氏体类型及其特征3 其他马氏体形态3.1 蝶状马氏体在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，会出现具有特异形态的马氏体，如图13所示。
图13 碟状马氏体的显微组织图14 Fe-Ni-C合金冷至Ms点不同温度时形成的马氏体的显微组织这种马氏体的电镜组织如图15所示。
图15 薄片状马氏体的电镜组织（Fe-31%，Ni0.23%C，Ms=-190℃，冷至-196℃）图16 Fe-16.4%Mn合金的马氏体显微组织（硝酸酒精腐蚀）图17 碳含量对Ms点、板条马氏体量和残余奥氏体量的影响（碳钢淬火至室温）由图中可见，碳含量小于0.4%的钢中基本没有残留奥氏体，Ms 点随碳含量的增高而下降，而栾晶马氏体量和残留奥氏体量则随之升高。
第五章 马氏体转变PPT课件
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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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（3）G—T关系
1994年，Grenigen与Troiano 在Fe-NiC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度，称为G-T关系。
{110} αˊ∥{111}γ 差 1° <111> αˊ∥<110>γ 差 2°
2、惯习面
惯习面即马氏体转变的不变平面，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。马氏体即在此平 面上形成中脊面。
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五、马氏体转变的可逆性：
在某些合金中A冷却时A→M，而重新加热时马氏 体又能M→A，这种特点称为马氏体转变的可逆性。
逆转变开始的温度称为As，结束的温度称为Af 。
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2、片状马氏体
形成片状马氏体的钢和合金：出现于中、高碳 钢中、高Ni的Fe-Ni合金中，WC>1.0% 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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（1）显微组织
典型的马氏体组织形态见下图所示：
[110] γ ∥ [ 111] α
[211] γ ∥ [ 110] α
形成温度
M s>350℃
Ms≈ 200～ 100℃
Ms<100℃
合 金 成份 %C
<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
CH6.2 马氏体的组织形态PPT(10级)
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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马氏体的组织形态
马氏体的组织形态马氏体的组织形态与合金的化学成分及转变温度有密切关系，钢中的马氏体有两种基本类型：板条状马氏体和片状马氏体。
1、板条状马氏体板条状马氏体是在低、中碳钢或低、中碳合金钢淬火时形成的典型组织，实验已经证实其内部亚结构为高密度位错，故又称为位错马氏体，由因为它主要形成于低碳钢中，也称为低碳马氏体。
板条状马氏体的显微组织如图，为一束束平行排列的微细组织；电子显微镜观察发现，每一束马氏体是由细长的板条组成。
低碳钢淬火得到的板条状马氏体图是板条状马氏体的组织示意图。
板条状马氏体主要特征可归纳如下。
①显微组织：一个奥氏体晶粒通常由3～5个马氏体板条群组成（图A区），板条群之间有明显的界面分开，板条群又可分成一个或几个平行的马氏体同位向束，同位向束之间呈同位向束之间呈大角度界面（图B区）；一个板条群也可以只由一个同位向束组成（图C区）；每个同位向束是由平行的板条组成，板条间为小角度界面（图D区）。
板条状马氏体的尺寸由大到小依次为板条群、同位向束及板条。
②空间形态：马氏体为细长的板条状，每一个板条为一个单晶体，横界面近似为椭圆形，马氏体的惯习面为③亚结构：马氏体板条内部为高密度位错，相当于经剧烈冷塑性变形金属的位错密度。
实验证实马氏体板条之间有连续的残余奥氏体薄膜，薄膜的含碳量较高，表明相变时C原子曾发生微量的扩散。
2、片状马氏体▪片状马氏体是在中、高碳钢或中、高碳合金钢淬火时形成的典型组织，与位错马氏体不同，其内部亚结构主要是孪晶，故又称为孪晶马氏体。
▪由于它总出现在高碳钢中，也称为高碳马氏体。
▪实际中也经常按其形态称为透镜片状马氏体或针状及竹叶状马氏体。
T10钢淬火后的片状马氏体片状马氏体的显微组织（a）和孪晶亚结构（b）片状马氏体的主要特征可概括为以下几方面：▪①显微组织：马氏体呈片状、针状或竹叶状，相互间相交成一定的角度。
在一个奥氏体晶粒内，首先生成的马氏体片一般横贯整个晶粒，随后生成的马氏体片尺寸依次减小。
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
马氏体的组织形态
马氏体的组织形态淬火获得马氏体组织，是钢件达到强韧化的重要基础。
由于钢的种类、成分不同，以及热处理条件的差异，会使淬火马氏体的形态和内部精细结构及形成显微裂纹的倾向性等发生很大变化。
这些变化对马氏体的机械性能影响很大。
因此，掌握马氏体组织形态特征并进而了解影响马氏体形态的各种因素是十分重要的。
（一）马氏体的形态近年，随着薄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，发现钢中马氏体形态虽然多种多样，但就其特征而言，大体上可以分为以下几类。
1、板条状马氏体板条状马氏体是低、中碳钢，马氏体时效钢，不锈钢等铁系合金中形成的一种典型的马氏体组织。
低碳钢中的典组织如图14所示。
（1）显微组织马氏体呈板条状，一束束排列在原奥氏体晶粒内。
因其显微组织是由许多成群的板条组成，故称为板条马氏体。
对图14 20CrMnTi 钢的淬火组织，板条马氏体 （1150℃加热，水淬）400×某些钢因板条不易浸蚀显现出来，而往往呈现为块状，所以有时也之为块状马氏体。
又因为这种马氏体的亚结构主要为位错，通常也称为位错型马氏体。
这种马氏体是由若干个板条群组成的，也有群状马氏体之称。
每个板条群是由若干个尺寸大致相同的板条所组织，这些板条成大致平行且方向一定的排列。
（2）晶体学特征板条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，而18-8不锈钢中板条状马氏体的惯习面是（225）γ。
根据近年来的研究，板条马氏体显微组织的晶体学特征可以用图15表示。
其中A 是平行排列的板条状马氏体束组织的较大的区域，称为板条群。
一个原始奥氏体晶粒可以包含几个板条群（通常为3~5）。
在一个板条群内又可分成几个平行的像图中B 那样的区域。
当用某些溶液腐蚀时，此区域有时仅显现出板条群的边界，而使显微组织呈现为块状，块状马氏体即由此而得名。
当采用着色浸蚀时（如用100ccHCl+5gCaCl 2+100ccCH 3CH 溶液），可在板条群内显现出黑白色调。
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。
第五章 马氏体
92
马氏体:碳在α-Fe中过饱和 的固溶体，用符号“M”表示。 马氏体的形态特点：其组织形态分为板 条状和针状两大类： 板条马氏体：显微组织如图所示。形态 呈细长的扁棒状，显微组织为细条状。
马氏体板条内的亚结构是高密度的位错，
板条马氏体
因而又称为位错马氏体。
针状马氏体：显微组织如图所示。形态 呈双凸透镜的片状，显微组织为针状。其亚 结构主要是孪晶，因此又称为孪晶马氏体。
动画39 碳含量对马氏体转变温度的影响
4
马氏体转变特点
过冷A转变为马氏体是低温转变过程, 转变温 度在Ms～Mf之间, 该温区称马氏体转变区。 ①过冷A转变为马氏体是一种非扩散型转变
②马氏体的形成速度很快
③马氏体转变是不彻底的 ④马氏体形成时体积膨胀, 在钢中造成很大的 内应力
低碳马氏体的组织形态
高碳马氏体的组织形态
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低碳板条状马氏体组 织金相图
高碳针片状马氏体 组织金相图
6
的形态取决于碳含量。当wC＜0.2%时，为板条M；当wC ＞1.0%时，为针状M；当wC ＝0.2 %～１.0%时，为板条和针状的 混合组织。 马氏体的性能： 马氏体的硬度、韧性与碳 含量的关系如动画所示。 碳含量：如碳含量增加， 其硬度就增加。所以马氏体是 钢的主要强化手段之一。 塑性和韧性：主要取决于 亚结构形式和碳在马氏体中的 过饱和度。
动画 碳含量对马氏体性能的影响
3
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马氏点概念及马氏体转变归纳（见39）： 上马氏体点：发生马氏体转变的开始温度称为上马氏体点，用 “Ms”表示。 下马氏体点：马氏体转变的终 了温度称为下马氏体点， 用“Mf” 表示。 因此马氏体转变可归纳为： 高速长大; 马氏体转变的不完全性; 存在残余奥氏体用“A残”表示; Ms 、Mf取决于奥氏体的碳含量。
第五章马氏体转变ppt课件
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
5.1.2
马氏体的晶体结构
1 钢中马氏体晶体结构特点 C 在α-Fe 中的过饱和固溶体。 ——亚稳；单相 C 位置：扁八面体间隙， R间隙0.19Å，RC 0.77 Å ——晶格畸变较严重
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
（2）反常轴比现象：
实际中马氏体 的晶体结构除与 C 含量有关 外，还与 C 原子位置的变化有关，在某些条件 下可能出现反常轴比现象：
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
共析碳钢 CCT曲线A1
Ms
Mf Vc
奥氏体化的钢，以>Vc的速度冷却时， 过冷奥氏体冷却到Ms温度以下，转变为马 氏体，这种操作叫淬火。马氏体是强化钢材 的重要组织。
与K-S关系
比较 差1 ° 差2 °
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
（
011
）
＇
(111 )
10 1 , 11 1 ＇
（
011
）
＇
(111 )
10 1 , 11 1 ＇
采用PP管及配件：根据给水设计图配 置好PP管及配 件，用 管件在 管材垂 直角切 断管材 ，边剪 边旋转 ，以保 证切口 面的圆 度，保 持熔接 部位干 净无污 物
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MS≈200～100℃(WC≈1.0～1.4%) MS<100℃(WC ≈1.4～2.0% )
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授课 朱世杰
马氏体转变
电镜下
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光镜下 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
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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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光镜下
电镜下
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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) (左)光学金相 (右)电子金相
SEM
TEM
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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
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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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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、
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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，
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。
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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} 。
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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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。
马氏体形态与含碳量的关系
板条马氏体量 C，%
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0.224%C
0.45%C
授1..2课%C朱世杰
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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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(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。
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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。
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 惯习面：(111)γ 位向关系：K—S关系
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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。
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电镜下
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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
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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• 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。
• 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。
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；
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马氏体转变
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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%Ni0.26%C，MS=-66℃
• 中图为Fe-31%Ni0.23%C，MS=-150℃
• 下图为Fe-31%Ni-
0.28%C，MS=-171℃
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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
形中成脊显，微在裂两纹个。初当生片W之C ≈间1.常4～见2到.0%呈时“除Z”具字有形上分述布特的征细外薄，片片。的立中体央形有态
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。
针状马氏体显微组织构成示意图
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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。
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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Fe-Ni-C合金的马氏体形 态与碳含量的关系
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
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， 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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光学金相
电子金相
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3. ε－马氏体
马氏体转变
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。
高锰钢的ε—马氏体组织 1000×
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Fe-30Ni合金
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。
体。