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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？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。
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。
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。
