马氏体

4.亚结构：层错能。
5.材料：Fe-Mn-C、Fe-Cr-Ni合金易出现薄片状马氏体。
二、马氏体转变的晶体结构
碳原子 铁原子
马氏体的真实点阵
三、马氏体的性能
1. 马氏体的硬度与强度
（1）马氏体性能的主要特点是具有高的硬度（硬度可达HRC68～ 70）和高的强度，其硬度主要取决于马氏体的含C量，与合金元素 含量关系不大，但当C含量过高，由于A′增多，则硬度↓。 （2）马氏体的高硬度、高强度 源于相变强化、固溶强化、时效 强化及晶界强化。前两种起主要
三、马氏体的性能
四、影响马氏体形态及其内部亚结构的因素
五、马氏体的转变特点
六、马氏体的转变热力学分析
一、马氏体的组织形态
板条状马氏体 片状马氏体 马 氏 体 蝶状马氏体 薄板状马氏体 薄片状马氏体
（一）板条状马氏体
1. 板条状马氏体组织形态
a.金相形态
b.立体形态
c.亚结构
板条状马氏体组织形态
板条状马氏体组织形态 500× （20 号钢990℃盐水淬火）
3.奥氏体与马氏体的强度影响
4.合金元素的影响
1.碳对钢中马氏体形态的影响
A的化学成分是主要因素，其中以C为最主要 C%＜0.6% ： 板条状马氏体
C%：0.6%～1.0% ：
C%>1.0% ：
板条＋片状的混合马氏体
片状马氏体
2. 形成温度
Ms点高的A，冷却后形成板条马氏体，亚结构为位错; Ms点低的A， 冷却后形成片状马氏体，亚结构为孪晶;
马氏体
概述
（1）1895年Osmond, M.F.提出，为纪念德国冶金学家Martens, A.把这种组织命名为马氏体（Martensite). （2）马氏体是碳溶解在α-Fe中的过饱和固溶体。常用符号M表 示。马氏体具有高的强度、硬度和一定的韧性。高碳钢淬火后
得到的马氏体，硬度高、脆性也大；中低碳钢淬火的马氏体具
六、马氏体的转变热力学分析
马氏体转变与液态金属的凝固以及钢的加热转变一样，也是热学 性的，其转变驱动力也来自新旧相的化学自由焓差。 根据相变的一般规律，相变进行
的条件是相变前后系统总的自由
焓差小于零。为A、M自由焓相 等的温度： 当温度T＜ T0时，GM＜GA，马 氏体为稳定相，故A→M；
奥氏体和马氏体的自由焓与温度的关系
板条状马氏体（浅蓝色）显微组织 （20钢，水淬火）×580
2.板条状马氏体特征
（1）低、中碳钢及不锈钢中形成的一种马氏体。 （2）由许多马氏体板条集合而成，组成互相平行的板条 组成一个板条束。一个 A晶粒可以转变成几个板条束， 板或条是马氏体的基本单元。 （3）板条宽度范围在0.025～2.25um 之间，多数为 0.1～0.2um之间。 （4）亚结构主要是位错
Ms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。
3.奥氏体与马氏体的强度
（１）当A的屈服极限σ s＜196Mpa时，形成板条状马氏体； σ s ＞196Mpa时形成片状马氏体。 （２）所形成的马氏体强度较低时得条状马氏体；强度较高 时得到片状马氏体。
4.合金元素的影响
.
马氏体转变量与温度关系
5.转变的可逆性
马氏体转变的可逆性：奥氏体在冷却时可转变为马氏体，而重 新加热时又可使马氏体直接转变为奥氏体。 在某些铁或非铁合金(如Fe-Ni、Ag-Cd、Ni-Ti等)中，马氏体 转变的可逆性。这种逆转变的开始温度称为As点，终止湿度称 为义Af点，通常As点温度比Ms高。
1.凡能缩小γ相区的合金元素均促使得到板条状马
氏体。如：V、Cr、Ti、W、Mo、Al、Si、P、Sn、
Sb（锑）、 B、 Zr （锆）、 Nb（铌） 2.凡能扩大γ相区的合金元素均促使马氏体形态从 条状转化为片状。如: Ni、Mn、Co、C、N、Cu。
五、马氏体的转变特点
马氏体形成时，其内部原子运动的主要特点是：
●对钢来说，在一般情况下观察不到马氏体的逆转变，这是因
为马氏体被加热时在温度尚未到达As的过程中即已发生分解(回
火)，因而不存在直接转变为奥氏体的可能性。只有在采取极快
速的加热，使之来不及分解的情况下才会发生逆转变。据报道：
含0.8％C钢以5000℃／s的速度加热时，可以在590～600℃发生
逆转变。
有良好的强度和韧性 （3）上个世纪初把高碳钢淬火后得到的脆而硬,具有铁磁性的针 状组织称为马氏体,六十年代以来现代测试技术发展,对马氏体成 分-组织-结构-性能之间有了较深刻的认识; （4）在除了钢以外的铁合金,非铁合金,陶瓷材料等发现了马氏 体相变;
一、马氏体的组织形态 二、马氏体转变的晶体结构
●保持位相关系：在切变过程中，新相和母相晶格间始终保持
着严格的位向关系，其晶面和晶向相互平行。
●共格：相界面上的原子即属于新相，又属于母相，这种相界面
上原子的紧密联系就称为共格，其界面称共格界面。
产生孪晶马氏体时共格界面
位错型马氏体共格界面
2.无扩散性
（1）钢中马氏体转变无成分变化,仅有晶格改
组:γ -Fe(C)→α -Fe(C)。 （2）马氏体转变在相当低的温度内进行（共析钢 230～-50 ℃ ，Fe-Ni合金20 ～ -196℃），转变 速度极快（5×10-6秒完成），原子已无可能扩散。
3.新相与母相晶体学关系
●马氏体总是沿母相的某一晶面开始产生的，
为保持两相晶格的紧密联系，这个晶面在相
当T＞ T0时，GA＜GM，奥氏体 为稳定相，故M→A。
但马氏体转变与钢的加热转变或冷却转变不同，当母相被过冷
到略低于T0 时，马氏体不能发生转变，即过冷度太小；只有过
冷度达到△T＝T0－Ms才能发生马氏体转变。
（主要是为了克服马氏体转变所产生的应变能△GE）
T0－Ms差值称为热滞，这是马氏体转变的特点之一。
综上分析：马氏体转变热力学条件是T≤Ms时的驱动力△G，即：
△T＝T0－Ms
参考文献
[1]崔忠圻，覃耀春.金属学与热处理（第2版） [M].哈尔滨：机械工业出版社，2008. [2]百度文库
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变过程中不发生转动和畸变，否则转变就会 停止。这个晶面称为马氏体形成的惯习面。 随着马氏体转变的完成，原惯习面的位置相 应成为凸透镜状马氏体（高C马氏体）的中 脊面。马氏体转变时，原子移动不超过原子 间距，更不能交换位置，所以相变过程新相
和母相的晶格必须始终保持紧密联系。
4 转 变 的 不 完 全 性
1.表面浮凸效应和切变共格性 2.无扩散性 3.新相与母相晶体学关系 4.转变的不完全性 5.转变的可逆性
1.表面浮凸效应和切变共格性
马氏体形成时试样表面浮凸现象
●切变：马氏体转变时，由母相（A）变为新相（M）的晶格改组
过程是以切变方式来进行的，即：新相与母相界面上的原子以协同 的、集体的、定向的、有次序的方式从母相向新相中的移动来实现 的。相邻原子间的相对移动距离不超过原子间距。这一过程就为切 变。
（四）薄板状马氏体
1.厚约为3～10um，立体形态呈薄板状，可以曲折、分枝和交叉 2.内部亚结构为孪晶，孪晶宽度随C↗而降低。
3.在马氏体开始转变温度Ms＜-100℃的Fe-Ni-C合金中可以观察到。
（五）薄片状马氏体（ε′马氏体）
1.具有密排六方点阵的薄片状马氏体，称为ε′马氏体。 2.极薄，仅1000～3000A°(100～300nm) 3.惯习面{111}r
作用。
2.马氏体的塑性和韧性
当C＜0.4％时，马氏体具有高的韧性，随着C↘，其韧性↗； 当C＞0.4%时，马氏体韧性变低，随着C↗，变得硬而脆。
位错型马氏体比孪晶型马 氏体具有高得多的塑性和
韧性。
马氏体形态对 铬钢断裂韧响
四、影响马氏体形态及其内部亚结构的因素
1.碳影响
影响因素
2.形成温度的影响
（二）片状马氏体 1. 片状马氏体组织形态
a.金相形态
b.立体形态 片状马氏体组织形态
c.亚结构
片状马氏体 4来自百度文库0×
片状马氏体 600× 球墨铸铁淬火马氏体 420×
2. 组织特征
（1）常见于中、高碳钢及高Ni的（Fe-Ni）合金。 （2）由互成一定角度的马氏体片组成，单片呈针状或竹叶状形状, 三维象双凸透镜状；一般最先形成的马氏体片可贯穿整个A晶粒 （有时贯穿几个A晶粒）。
（3）片与片之间常以60度或120度相交。
（4）片状马氏体的惯习面及位向关系与形成温度有关。高温时惯 习面为{225}r,低温为{229}r。 （5）片状马氏体内的亚结构为孪晶，孪晶距 50～100A°，其边缘有复杂的位错。
（三）蝶状马氏体
1.形状特征：立体外形为V形柱状，横截面呈蝶状
2.晶内亚结构为位错， 无孪晶。 3. 蝶状马氏体最早在Fe-Ni-C及Fe-Ni被发现。