钢中马氏体

钢经马氏体转变形成的产物

钢中马氏体（martensite in steel）是钢经马氏体转变形成的产物。绝大多数工业用钢中马氏体属于铁碳马氏体，是碳在体心立方结构铁中的过饱和固溶体。

铁碳合金的奥氏体具有很宽的碳含量范围，所形成的马氏体在晶体学特性、亚结构和金相形貌方面差别很大。

晶体结构低碳马氏体为体心立方结构，中、高碳为体心正方结构。碳原子的固溶为间隙式，处于八面体间隙之中。如图1A中×号所示，三坐标方向的面心位置是具有代表性的三种八面体间隙中心，构成了体心晶格中的三套亚点阵，分别以1/2[001]、1/2[010]、1/2[100]表示，每单位晶胞中有六个八面体间隙分属这三套亚点阵。体心立方晶格的八面体是非等轴的，以1/2[001]八面体（图1B）为例，间隙在[001]方向（图1的c方向）的尺寸不但小于[110]，即图1B水平正方形的对角线方向的尺寸，而且也小于碳原子直径。碳原子的溶入将增加c方向的原子间距，由于弹性效应，a,b方向的间隙将略为缩小。碳原子在马氏体中并非均匀地分配在三套亚点阵中，而是选择其中一套，因此造成了晶格的正方性。马氏体晶格常数c、a（b）与碳含量的关系见图2。

对于低碳马氏体，由于碳原子偏聚于位错线，形成位错气团（柯垂耳气团），故正方性消失，成为立方马氏体。因而图2中的曲线只对碳含量大于0．2%的合金有效。

马氏体一奥氏体的晶体学关系在母相奥氏体（γ ）和形成相马氏体（α’）的晶体位向间保持K—S关系，即（111）γ∥（011α’，[101]γ ∥[111]α；更精确的测定指出不同合金系的实际关系与上述存在一定偏差。如对于Fe—0.8C一22Ni合金，（111）γ和（011）α’之间夹角为1度，[101]γ 和[111]α‘间为2度。

惯习面指数按碳含量高低分为3种，20世纪40年代以前就已确定，低碳（立方）马氏体为{111}γ，，中碳为{225}γ，高碳为{259}γ。60年代更精确的测定将低碳马氏体惯习面指数修正为{557}γ。铁碳马氏体的正方性（c与a之比值）越低，则惯习面指数越趋于简单比，并有随碳含量逐渐变化的趋势，在一定范围内出现混合型的惯习面。

微观组织光学金相显微镜观察铁碳马氏体具有两类形貌，分别称为板条状马氏体和片状马氏体，如图3、图4所示。板条状马氏体为集束的板条，同一母相晶粒内只形成少数几个集束，呈现几个区域，域内各板条仅以小角度交界；而片状马氏体则为空间方位杂乱的饼状，在磨面上为针状。

透射电子显微镜观察，与两种金相形貌对照，马氏体（板，片）内部呈现两类亚结构。低碳（板条）马氏体为高密度的位错网络，而高碳（片状）马氏体为极薄的孪晶片。故两种马氏体又分别称为位错马氏体和孪晶马氏体。

多数工业实用的铁碳马氏体并非单一的金相形貌和亚结构，而是混合的。淬火态两类（板条——位错、片状——孪晶）马氏体的相对量可由图5的数据估计。碳含量越高，马氏体转变点M。越低，则片状——孪晶马氏体量越多。当碳含量超过0.6%时，片状马氏体量将超过50%（体积分数）。孪晶马氏体的韧性低，它是高碳钢淬火态脆性大的根本原因。

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