马氏体组织形貌及物理本质
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• Fe-Ni 、 Fe-Ni-C 合金淬火马氏体形貌因形成 温度不同而有三种类型： • （ 1 ）蝶状马氏体，在较高温度形成，如 30℃。 • （2）片状马氏体，在较低温度下形成，如 -20 ~ -150℃。 • （3）薄片状马氏体，在最低温度下形成， 如< -150℃。
Fe-29.8Ni 片状马氏
体
蝶状马氏体
Fe-33.5Ni-0.22C薄 片状马氏体
Fe-Ni-C合金马氏体孪晶
Fe-Ni-C合金马氏体形貌与含碳量和转 变温度的关系
随着含碳量的提 高，马氏体形貌 由板条状向蝴蝶 状、条片状、透 镜片状演化。
Fe-19Mn的ε-马氏体
有色合金马氏体
• （1）. 晶体学特征 • 有色金属合金马氏体晶体结构十分复杂。 • 具有代表性的有色合金马氏体的晶体学特 征列于表4 -4。
新鲜马氏体的反常正方性
高碳锰钢马氏体的正方度 与碳含量的关系 1新鲜马氏体；2 温度回升 到室温后；3 普通碳素钢 马氏体的正方度
高锰钢马氏体晶格 常数和碳含量的关 系
高镍钢马氏体的异常高正方度
马氏体晶格和碳原子的 可能位置示意图
4.4.7.Fe-M系合金马氏体的晶体学参数、 亚结构及形貌
Biblioteka Baidu
Fe-Ni、Fe-Ni-C合金马氏体
1.含碳量>0.2%时，晶体结构都是体 心正方的。 2.中碳钢马氏体亚结构主要是高密度 位错 ,有时含孪晶.碳含量提高，孪 晶数量增加。 3.高碳钢马氏体内的孪晶是相变孪晶，大量的精 细而规则的孪晶。 4.随着碳含量的提高，从低碳钢的板条状马氏体 变为中碳钢的板条状+片状有机结合型马氏体， 高碳钢的片状，凸透镜状马氏体。
4.4.1超低碳马氏体形貌
10μm
0MnVTiNb钢淬火马氏体组织
低碳板条状马氏 体 .0.03C-2Mn
板条状马氏体组织特征示 意图
4.4.2 低碳淬火马氏体
2Cr13钢淬火马氏体组织
SEM 20CrMo钢板条状马氏体组织
TEM 2Cr13钢马氏体板条内的缠结位错和层错
TEM 20Cr2Ni4钢板 条状马氏体组织（a） 和板条内的高密度位 错和层错（b）
CrWMn钢马氏体片内的孪晶和位错
马氏体片撞击裂纹(CrWMn)
Fe-1.22C马氏体 （黑色) (1200℃ 加热，Ms稍下等温 淬火）
典型蝶状马氏体
Fe—0.88C马氏体形貌 (1200℃加热， Ms稍下等温淬火）
TEM .T10钢的隐晶马 氏体形貌
高速钢的隐晶马氏体，
钢中马氏体是层错亚结构
铜合金马氏体的晶体结构
B2结构→2H、3R、或9R结构的马氏体
• B2结构形成2H、3R、或9R结构的马氏体，基面 为 001 ，堆垛顺序为： （2H）ABAB…… ; (3R)ABCABC…… （9R）ABCBCACAB……。
B2母相→9R马氏体转变
铜合金中的马氏体
• Cu-M系合金（M代表Zn、Al、Ni等元素）中马氏体 相变的母相是中间相，是电子化合物，如CuZn、 Cu5Zn、Cu3Al等，统称β相，体心立方晶格。 • 有色合金马氏体微晶体的外形基本上仍属于条片 状，但金相形貌与铁基马氏体有较大区别。
4.4.9马氏体形貌的成因
• 1.马氏体的组织形貌形形色色，十分复杂。 如板条状、片状、蝶状、薄片状、针状、 凸透镜状等。其亚结构有高密度位错、微 细层错、精细孪晶等。 • 组织结构随钢中的含碳量、合金元素种类 及含量、奥氏体化温度、冷却速度和转变 温度等多种因素有关，影响因素十分复杂。
TEM
W6Mo5Cr4V2钢隐晶马氏体中的层错亚结构
TEM W6Mo5Cr4V2钢隐晶马氏体中的层错亚结构（左上角是Cu-Al 合金马氏体的层错亚结构）
4.4.5 超高碳马氏体
Fe-1.9C合金马氏 体
球墨铸铁的淬火马氏体组织
4.4.6．钢中马氏体物理本质的复杂性
表1.各种钢马氏体物理本质的复杂性
TEM，35CrMo钢板条状马氏体
35CrMo钢板 条状马氏体内 的缠结位错
35CrMo钢马氏体板条内的缠结位错 和层错
TEM 45钢板条状马 氏体
TEM 45钢马氏体位错亚结构
4.4.4 高碳马氏体形貌
• T10钢高温淬火片状马氏体组织
•
60Si2CrV钢的马氏体组织
GC15钢的隐晶马氏体组织
Cu-11.42Al-0.35Be-0.18B合金的马氏体组织
Cu-11.42Al-0.35Be-0.18B合金的马氏体组织
竹节状马氏体片
TEM Cu-Al合金中的马氏体层错
Cu-12Al合金
Cu-11.42Al-0.35Be-0.18B 合金
Au-34Cd合金的孪晶马氏体，未浸蚀
TEM Ti-9Mo合金中的马氏体中具有高密度 位错,个别时有孪晶,如图.
低碳钢立方马氏体（<0.2%C）
• 体心立方结构。具有高密度位错（约
0.3~0.9×1012cm-2）的亚结构，属位错马氏 体。其惯习面原为｛111｝γ，后来修改为 ｛557｝γ。与母相的位向关系为K-S关系。 • 近年来研究发现板条状马氏体中除了高密度 位错外，也有细微层错和少许孪晶。 •
4.4.3．中碳钢、高碳钢(>0.2~1.9%C) 正方马氏体
钢中马氏体的晶体结构
• 钢中淬火马氏体具有体心立方和体心正方结构。奥氏体转变为马 氏体时没有成分的变化，淬火新鲜马氏体的碳含量与母相奥氏体 相同。固溶于奥氏体中的碳原子全部转移到马氏体晶格点阵中， 并且引起晶格常数的变化。
奥氏体、马氏体 的点阵常数与碳 含量的关系
• 钢中的马氏体为体心立方（bcc）、体心正方 （bct），在不锈钢和高锰钢中还有密排六方 （hcp）结构。 • 立方马氏体和正方马氏体的碳含量的分界值，在 20世纪60年代定为0.2%。Fe-C马氏体中碳含量 高于0.2%时，晶体结构显示出正方性，变为体心 正方晶格。 • 低碳马氏体(<0.2%)中的碳原子处于柯垂尔气团 偏聚态.,即马氏体中的碳原子全部被位错所吸纳, 故马氏体保持体心立方晶格。 • 当含碳量超过马氏体中位错可能吸纳的极限时， 就以间隙溶解态的形式存在，马氏体出现正方度。
序言
• 我国是世界上钢淬火技术先进的国家，但认识其 内部淬火组织的变化规律则是西方19世纪以后的 事情。1878年观察到钢中高碳针状马氏体组织。 至1940年才发现低碳板条状马氏体。 • 20世纪下半叶，透射电子显微镜、扫描电镜、隧 道扫描显微镜等设备问世及应用，逐渐揭示了马 氏体组织结构的实质或真实面貌。
Fe-29.8Ni 片状马氏
体
蝶状马氏体
Fe-33.5Ni-0.22C薄 片状马氏体
Fe-Ni-C合金马氏体孪晶
Fe-Ni-C合金马氏体形貌与含碳量和转 变温度的关系
随着含碳量的提 高，马氏体形貌 由板条状向蝴蝶 状、条片状、透 镜片状演化。
Fe-19Mn的ε-马氏体
有色合金马氏体
• （1）. 晶体学特征 • 有色金属合金马氏体晶体结构十分复杂。 • 具有代表性的有色合金马氏体的晶体学特 征列于表4 -4。
新鲜马氏体的反常正方性
高碳锰钢马氏体的正方度 与碳含量的关系 1新鲜马氏体；2 温度回升 到室温后；3 普通碳素钢 马氏体的正方度
高锰钢马氏体晶格 常数和碳含量的关 系
高镍钢马氏体的异常高正方度
马氏体晶格和碳原子的 可能位置示意图
4.4.7.Fe-M系合金马氏体的晶体学参数、 亚结构及形貌
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Fe-Ni、Fe-Ni-C合金马氏体
1.含碳量>0.2%时，晶体结构都是体 心正方的。 2.中碳钢马氏体亚结构主要是高密度 位错 ,有时含孪晶.碳含量提高，孪 晶数量增加。 3.高碳钢马氏体内的孪晶是相变孪晶，大量的精 细而规则的孪晶。 4.随着碳含量的提高，从低碳钢的板条状马氏体 变为中碳钢的板条状+片状有机结合型马氏体， 高碳钢的片状，凸透镜状马氏体。
4.4.1超低碳马氏体形貌
10μm
0MnVTiNb钢淬火马氏体组织
低碳板条状马氏 体 .0.03C-2Mn
板条状马氏体组织特征示 意图
4.4.2 低碳淬火马氏体
2Cr13钢淬火马氏体组织
SEM 20CrMo钢板条状马氏体组织
TEM 2Cr13钢马氏体板条内的缠结位错和层错
TEM 20Cr2Ni4钢板 条状马氏体组织（a） 和板条内的高密度位 错和层错（b）
CrWMn钢马氏体片内的孪晶和位错
马氏体片撞击裂纹(CrWMn)
Fe-1.22C马氏体 （黑色) (1200℃ 加热，Ms稍下等温 淬火）
典型蝶状马氏体
Fe—0.88C马氏体形貌 (1200℃加热， Ms稍下等温淬火）
TEM .T10钢的隐晶马 氏体形貌
高速钢的隐晶马氏体，
钢中马氏体是层错亚结构
铜合金马氏体的晶体结构
B2结构→2H、3R、或9R结构的马氏体
• B2结构形成2H、3R、或9R结构的马氏体，基面 为 001 ，堆垛顺序为： （2H）ABAB…… ; (3R)ABCABC…… （9R）ABCBCACAB……。
B2母相→9R马氏体转变
铜合金中的马氏体
• Cu-M系合金（M代表Zn、Al、Ni等元素）中马氏体 相变的母相是中间相，是电子化合物，如CuZn、 Cu5Zn、Cu3Al等，统称β相，体心立方晶格。 • 有色合金马氏体微晶体的外形基本上仍属于条片 状，但金相形貌与铁基马氏体有较大区别。
4.4.9马氏体形貌的成因
• 1.马氏体的组织形貌形形色色，十分复杂。 如板条状、片状、蝶状、薄片状、针状、 凸透镜状等。其亚结构有高密度位错、微 细层错、精细孪晶等。 • 组织结构随钢中的含碳量、合金元素种类 及含量、奥氏体化温度、冷却速度和转变 温度等多种因素有关，影响因素十分复杂。
TEM
W6Mo5Cr4V2钢隐晶马氏体中的层错亚结构
TEM W6Mo5Cr4V2钢隐晶马氏体中的层错亚结构（左上角是Cu-Al 合金马氏体的层错亚结构）
4.4.5 超高碳马氏体
Fe-1.9C合金马氏 体
球墨铸铁的淬火马氏体组织
4.4.6．钢中马氏体物理本质的复杂性
表1.各种钢马氏体物理本质的复杂性
TEM，35CrMo钢板条状马氏体
35CrMo钢板 条状马氏体内 的缠结位错
35CrMo钢马氏体板条内的缠结位错 和层错
TEM 45钢板条状马 氏体
TEM 45钢马氏体位错亚结构
4.4.4 高碳马氏体形貌
• T10钢高温淬火片状马氏体组织
•
60Si2CrV钢的马氏体组织
GC15钢的隐晶马氏体组织
Cu-11.42Al-0.35Be-0.18B合金的马氏体组织
Cu-11.42Al-0.35Be-0.18B合金的马氏体组织
竹节状马氏体片
TEM Cu-Al合金中的马氏体层错
Cu-12Al合金
Cu-11.42Al-0.35Be-0.18B 合金
Au-34Cd合金的孪晶马氏体，未浸蚀
TEM Ti-9Mo合金中的马氏体中具有高密度 位错,个别时有孪晶,如图.
低碳钢立方马氏体（<0.2%C）
• 体心立方结构。具有高密度位错（约
0.3~0.9×1012cm-2）的亚结构，属位错马氏 体。其惯习面原为｛111｝γ，后来修改为 ｛557｝γ。与母相的位向关系为K-S关系。 • 近年来研究发现板条状马氏体中除了高密度 位错外，也有细微层错和少许孪晶。 •
4.4.3．中碳钢、高碳钢(>0.2~1.9%C) 正方马氏体
钢中马氏体的晶体结构
• 钢中淬火马氏体具有体心立方和体心正方结构。奥氏体转变为马 氏体时没有成分的变化，淬火新鲜马氏体的碳含量与母相奥氏体 相同。固溶于奥氏体中的碳原子全部转移到马氏体晶格点阵中， 并且引起晶格常数的变化。
奥氏体、马氏体 的点阵常数与碳 含量的关系
• 钢中的马氏体为体心立方（bcc）、体心正方 （bct），在不锈钢和高锰钢中还有密排六方 （hcp）结构。 • 立方马氏体和正方马氏体的碳含量的分界值，在 20世纪60年代定为0.2%。Fe-C马氏体中碳含量 高于0.2%时，晶体结构显示出正方性，变为体心 正方晶格。 • 低碳马氏体(<0.2%)中的碳原子处于柯垂尔气团 偏聚态.,即马氏体中的碳原子全部被位错所吸纳, 故马氏体保持体心立方晶格。 • 当含碳量超过马氏体中位错可能吸纳的极限时， 就以间隙溶解态的形式存在，马氏体出现正方度。
序言
• 我国是世界上钢淬火技术先进的国家，但认识其 内部淬火组织的变化规律则是西方19世纪以后的 事情。1878年观察到钢中高碳针状马氏体组织。 至1940年才发现低碳板条状马氏体。 • 20世纪下半叶，透射电子显微镜、扫描电镜、隧 道扫描显微镜等设备问世及应用，逐渐揭示了马 氏体组织结构的实质或真实面貌。