CH6.2-马氏体的组织形态(10级)

6.2马氏体的组织形态2023/7/31.钢中马氏体的形态很多。根据其形态可分为板条马氏体、针片状马氏体、蝶型马氏体、薄板马氏体、薄片马氏体’等五种，其中板条马氏体和片状马氏体最为常见。

6.2.1马氏体的类型

马氏体组织2023/7/32.a.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，故称为板条马氏体。板条马氏体的亚结构主要为高密度的位错，故又称为位错马氏体。还称为低碳马氏体。

b.片状马氏体:在高碳钢中形成的马氏体完全是片状马氏体。在显微镜下观察时呈针状或竹叶状，又称针状马氏体。片状马氏体内部的亚结构主要是孪晶，故片状马氏体又称为孪晶马氏体。还称为高碳马氏体。

马氏体组织2023/7/33.一.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℃。2023/7/34.板条马氏体组织2023/7/35.光镜下电镜下板条马氏体组织(×1000)2023/7/36.板条马氏体组织(0.03C-2Mn)(左)光学金相(右)电子金相SEMTEM2023/7/37.3.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；

2023/7/38.4.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。2023/7/39.5.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

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。2023/7/310.

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。

2.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%)

二.片状马氏体2023/7/311.电镜下电镜下光镜下2023/7/312.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，500×2023/7/313.

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，形成显微裂纹。当WC≈1.4～2.0%时除具有上述特征外，片的中央有中脊，在两个初生片之间常见到呈“Z”字形分布的细薄片。立体形态为双凸透镜状，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2023/7/314.

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。电镜下2023/7/315.5.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

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。

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。

2023/7/316.1.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}

。Fe-30Ni合金Fe-27Ni－1.3Cr-0.08C合金三.其他马氏体形态2023/7/317.2.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。光学金相电子金相2023/7/318.3.ε－马氏体高锰钢的ε—马氏体组织1000×

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。2023/7/319.板条马氏体和片状马氏体比较2023/7/320.不同类型的马氏体比较2023/7/321.1.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、15SiMn3Mo等钢）的马氏体基本全是板条马氏体。四.工业用钢中马氏体形态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

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。2023/7/322.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。45钢正常淬火组织奥氏体+马氏体2023/7/323.6.2.4影响马氏体形态及其亚结构的因素

(一)化学成分奥氏体中碳含量的影响最为重要，在碳钢中，当碳含量:(1)WC<0.3%时，生成板条马氏体，亚结构为位错；(2)WC>1.0%时，生成片状马氏体，亚结构为孪晶；(3)WC为0.31.0%时，生成混合型组织(片状+板条)。马氏体形态与含碳量的关系0.45%C0.2%C1..2%C板条马氏体量C，%体积，%2023/7/324.

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2023/7/325.

(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。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。

Fe-Ni-C合金的马氏体形态与碳含量的关系

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2023/7/326.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%Ni-0.26%C，MS=-66℃中图为Fe-31%Ni-0.23%C，MS=-150℃下图为Fe-31%Ni-0.28%C，MS=-171℃2023/7/327.

(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。

(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