CH6.2-馬氏體的組織形態(tài)(10級(jí))

6.2馬氏體的組織形態(tài)2023/7/31.鋼中馬氏體的形態(tài)很多。根據(jù)其形態(tài)可分為板條馬氏體、針片狀馬氏體、蝶型馬氏體、薄板馬氏體、薄片馬氏體’等五種，其中板條馬氏體和片狀馬氏體最為常見。

6.2.1馬氏體的類型

馬氏體組織2023/7/32.a.板條馬氏體:低碳鋼中的馬氏體組織是由許多成群的、相互平行排列的板條所組成，故稱為板條馬氏體。板條馬氏體的亞結(jié)構(gòu)主要為高密度的位錯(cuò)，故又稱為位錯(cuò)馬氏體。還稱為低碳馬氏體。

b.片狀馬氏體:在高碳鋼中形成的馬氏體完全是片狀馬氏體。在顯微鏡下觀察時(shí)呈針狀或竹葉狀，又稱針狀馬氏體。片狀馬氏體內(nèi)部的亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶，故片狀馬氏體又稱為孿晶馬氏體。還稱為高碳馬氏體。

馬氏體組織2023/7/33.一.板條狀馬氏體1.形成板條馬氏體的鋼和合金有低、中碳鋼中WC<0.3%，馬氏體時(shí)效鋼和不銹鋼等。2.板條馬氏體的形成溫度：一般MS>350℃。2023/7/34.板條馬氏體組織2023/7/35.光鏡下電鏡下板條馬氏體組織(×1000)2023/7/36.板條馬氏體組織(0.03C-2Mn)(左)光學(xué)金相(右)電子金相SEMTEM2023/7/37.3.板條馬氏體的組織特征每個(gè)單元呈窄而細(xì)長的板條，板條體自奧氏體晶界向晶內(nèi)大致相互平行排列成群，其中的板條束為慣習(xí)面相同的平行板條組成。板條寬度0.1～0.2微米，長度小于10微米，板條間有一層奧氏體膜；一個(gè)奧氏體晶粒內(nèi)包含幾個(gè)板條群。一個(gè)奧氏體晶粒有幾個(gè)束，一個(gè)束內(nèi)存在位向差時(shí)，也會(huì)形成幾個(gè)塊。板條群之間為大角度晶界，板條之間為小角度晶界。

板條的立體形態(tài)可以是扁條(棒)狀，也可以是薄片狀；

2023/7/38.4.板條馬氏體的亞結(jié)構(gòu)在電鏡下，板條馬氏體的亞結(jié)構(gòu)主要為高密度的位錯(cuò)，位錯(cuò)形成位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)(纏結(jié))，位錯(cuò)密度隨含碳量增加而增大，常為(0.3～0.9)×1012㎝/cm3。故稱位錯(cuò)馬氏體。2023/7/39.5.板條馬氏體與奧氏體的晶體學(xué)關(guān)系

慣習(xí)面：(111)γ

位向關(guān)系：K—S關(guān)系

6.板條馬氏體的形成過程

降溫形核，新板條馬氏體只在冷卻過程中產(chǎn)生；長大速度較慢，一個(gè)板條形成大約在10-4秒內(nèi)。無“爆發(fā)性”。

7.板條馬氏體中的殘余奧氏體

板條馬氏體中的殘余奧氏體以薄膜狀密集地分布在板條間。2023/7/310.

1.形成片狀馬氏體的鋼和合金有淬火的中、高碳鋼，碳含量

>1.0%，高鎳的Fe-Ni合金等。

2.片狀馬氏體的形成溫度：

MS≈200～100℃(WC≈1.0～1.4%)MS<100℃(WC≈1.4～2.0%)

二.片狀馬氏體2023/7/311.電鏡下電鏡下光鏡下2023/7/312.片狀馬氏體光學(xué)金相組織高碳鋼(0.87%)中片狀馬氏體組織，7000×Fe-32Ni合金中具有明顯中脊的片狀馬氏體組織，500×2023/7/313.

3.片狀馬氏體的特征(鏈接)

相鄰馬氏體片互不平行而是呈一定的夾角排列，在顯微鏡下觀察時(shí)呈針狀或竹葉狀。初生者較厚較長，橫貫整個(gè)奧氏體晶粒(第一片分割?yuàn)W氏體晶粒，以后的馬氏體片愈來愈小。)，但一般不穿透晶界；次生者尺寸較小。初生片與奧氏體晶界之間、片與片之間互相撞擊，形成顯微裂紋。當(dāng)WC≈1.4～2.0%時(shí)除具有上述特征外，片的中央有中脊，在兩個(gè)初生片之間常見到呈“Z”字形分布的細(xì)薄片。立體形態(tài)為雙凸透鏡狀，又稱透鏡片狀馬氏體。如果提高溫度，容易得到粗大的針狀馬氏體，因?yàn)楦咛捡R氏體針的最大尺寸受實(shí)際奧氏體晶粒大小所限制。針狀馬氏體顯微組織構(gòu)成示意圖2023/7/314.

4.片狀馬氏體的亞結(jié)構(gòu)

在電鏡下，片狀馬氏體的亞結(jié)構(gòu)主要為{112}M的孿晶。孿晶寬度為50?寬的孿晶區(qū)集中分布在中脊附近，隨MS點(diǎn)降低，孿晶區(qū)增大；片的邊緣為復(fù)雜的位錯(cuò)組列。電鏡下2023/7/315.5.片狀馬氏體與奧氏體的晶體學(xué)關(guān)系

WC≈1.0～1.4%時(shí)慣習(xí)面：(225)γ，位向關(guān)系：K—S關(guān)系

WC≈1.4～2.0%時(shí)慣習(xí)面：(259)γ，位向關(guān)系：西山關(guān)系

馬氏體形成溫度高時(shí)，慣習(xí)面為{225}γ，符合K-S關(guān)系；形成溫度低時(shí)，慣習(xí)面為{259}γ。

6.片狀馬氏體的形成過程(鏈接)降溫形核，長大速度較快，一個(gè)馬氏體片形成大約在10-7秒內(nèi)。奧氏體中WC≈1.0～1.4%時(shí)無“爆發(fā)性”；奧氏體中WC≈1.4～2.0%時(shí)有“爆發(fā)性”，新片狀馬氏體不隨溫度下降均勻產(chǎn)生。

7.片狀馬氏體中的殘余奧氏體：殘余奧氏體分布在馬氏體片間。

2023/7/316.1.蝶狀馬氏體組織

在Fe-Ni合金或Fe-Ni-C合金中，當(dāng)馬氏體在某一溫度范圍內(nèi)形成時(shí)，出現(xiàn)具有蝴蝶形特征的馬氏體，稱為蝶狀馬氏體。蝶狀馬氏體與形成溫度有關(guān)，蝶狀馬氏體形成溫度在板條和透鏡馬氏體形成溫度之間，位相關(guān)系符合K-S關(guān)系，亞結(jié)構(gòu)以位錯(cuò)為主，有少量孿晶，其慣習(xí)面為：蝶狀的兩翼為{225}

，相交136°，兩翼的結(jié)合面為{100}

。Fe-30Ni合金Fe-27Ni－1.3Cr-0.08C合金三.其他馬氏體形態(tài)2023/7/317.2.薄片狀馬氏體(0.23C-31Ni合金)

薄板狀馬氏體一般出現(xiàn)在馬氏體相變點(diǎn)(Ms)為-100℃以下的Fe-Ni-C合金中，其主要形態(tài)為厚度約為薄板狀，厚度為3~10m。一般金相表面呈現(xiàn)寬窄一致的平直帶，沒有中脊，內(nèi)部亞結(jié)構(gòu)為孿晶。慣習(xí)面為{259}，位向關(guān)系為K-S關(guān)系。光學(xué)金相電子金相2023/7/318.3.ε－馬氏體高錳鋼的ε—馬氏體組織1000×

薄片馬氏體出現(xiàn)在層錯(cuò)能較低的Fe-Mn、Fe-Mn-C、Fe-Cr-Ni合金中，晶體結(jié)構(gòu)為密排六方點(diǎn)陣，慣習(xí)面{111}，位向關(guān)系為{111}//{0001}'，<110>//<1120>'，亞結(jié)構(gòu)為大量的層錯(cuò)。2023/7/319.板條馬氏體和片狀馬氏體比較2023/7/320.不同類型的馬氏體比較2023/7/321.1.低碳鋼中的馬氏體

含碳量低于0.2%的低碳鋼和低合金碳鋼（如15、15MnVB、15SiMn3Mo等鋼）的馬氏體基本全是板條馬氏體。四.工業(yè)用鋼中馬氏體形態(tài)2.中碳結(jié)構(gòu)鋼中的馬氏體

含碳量高于0.2%、低于0.6%的中碳鋼（如45、40Cr等鋼）的馬氏體為板條馬氏體和片狀馬氏體的混合組織，殘余奧氏體少。但在正常淬火工藝條件下得到的馬氏體組織細(xì)微，在常用的放大倍數(shù)下，不易清晰地辨認(rèn)出來。3.高碳工具鋼中的馬氏體

含碳量高于0.8%的高碳鋼（如T8、T12等鋼）的馬氏體全部為片狀馬氏體，殘余奧氏體多。但在正常淬火工藝條件下得到的馬氏體組織為片狀馬氏體和一定量的板條馬氏體，在常用的放大倍數(shù)下，片狀特征不明顯，因?yàn)榇慊鸷蠼M織為未溶的碳化物質(zhì)點(diǎn)加隱晶馬氏體（或隱針馬氏體，因?yàn)轳R氏體組織極細(xì)，在一般顯微鏡下，其針狀晶體很不明顯，故而得名）。如果提高溫度，容易得到粗大的針狀馬氏體，因?yàn)楦咛捡R氏體針的最大尺寸受實(shí)際奧氏體晶粒大小所限制。2023/7/322.先形成的馬氏體片橫貫整個(gè)奧氏體晶粒，但不能穿過晶界和孿晶界。后形成的馬氏體片不能穿過先形成的馬氏體片，所以越是后形成的馬氏體片越細(xì)小。原始奧氏體晶粒細(xì)，轉(zhuǎn)變后的馬氏體片也細(xì)。當(dāng)最大馬氏體片細(xì)到光鏡下無法分辨時(shí)，該馬氏體稱隱晶馬氏體。45鋼正常淬火組織奧氏體+馬氏體2023/7/323.6.2.4影響馬氏體形態(tài)及其亞結(jié)構(gòu)的因素

(一)化學(xué)成分奧氏體中碳含量的影響最為重要，在碳鋼中，當(dāng)碳含量:(1)WC<0.3%時(shí)，生成板條馬氏體，亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)；(2)WC>1.0%時(shí)，生成片狀馬氏體，亞結(jié)構(gòu)為孿晶；(3)WC為0.31.0%時(shí)，生成混合型組織(片狀+板條)。馬氏體形態(tài)與含碳量的關(guān)系0.45%C0.2%C1..2%C板條馬氏體量C，%體積，%2023/7/324.

碳鋼中的碳含量對(duì)MS點(diǎn)、板條馬氏體量及冷至室溫時(shí)的殘余奧氏體量的影響2023/7/325.

(二)馬氏體的形成溫度隨形成溫度降低，馬氏體形態(tài)將按下列順序轉(zhuǎn)化：板條狀→蝶狀→透鏡片狀→薄片狀。亞結(jié)構(gòu)由位錯(cuò)轉(zhuǎn)化為孿晶。MS點(diǎn)高的奧氏體，冷卻后形成板條馬氏體，亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò);MS點(diǎn)低的奧氏體，冷卻后形成片狀馬氏體，亞結(jié)構(gòu)為孿晶;MS點(diǎn)不高不低的奧氏體，冷卻后形成混合型組織(片狀+板條馬氏體)，亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)+孿晶。

Fe-Ni-C合金的馬氏體形態(tài)與碳含量的關(guān)系

碳鋼馬氏體形態(tài)和晶體學(xué)特征與鋼的碳含量及MS點(diǎn)的關(guān)系2023/7/326.Fe-Ni-C合金冷至MS點(diǎn)以下不同溫度時(shí)的顯微組織上圖為Fe-29%Ni-0.26%C，MS=-66℃中圖為Fe-31%Ni-0.23%C，MS=-150℃下圖為Fe-31%Ni-0.28%C，MS=-171℃2023/7/327.

(四)奧氏體的層錯(cuò)能奧氏體的層錯(cuò)能愈低，愈難形成相變孿晶，愈趨向于形成位錯(cuò)板條馬氏體。

(三)奧氏體與馬氏體的強(qiáng)度馬氏體形態(tài)與MS點(diǎn)處的奧氏體的屈服強(qiáng)度有關(guān)。屈服強(qiáng)度小于196MPa時(shí)，形成慣習(xí)面為{111}γ的位錯(cuò)板條馬氏體或慣習(xí)面為{225}γ的透鏡片狀馬氏體；屈服強(qiáng)度大于196MPa時(shí)，形成慣習(xí)面為{259}γ的透鏡片狀馬氏體；

最主要的兩個(gè)因素：奧氏