金相组织

指金属组织中化学成分、晶体结构和物理性能相同的组成，其中包括固溶体、金属化合物及纯物质。 目录 英文简称 晶粒度 显微组织 铁碳合金 展开 英文简称 晶粒度 显微组织 铁碳合金 展开

编辑本段英文简称 Micro structure 编辑本段晶粒度

【001】金属平均晶粒度测定 … GB 6394-2002 【010】铸造铝铜合金晶粒度测定…GB 10852-

【019】珠光体平均晶粒度测定…GB 6394-2002 【062】金属的平均晶粒度评级…ASTM E112 【074】黑白相面积及晶粒度评级…BW 2003-01 【149】彩色试样图像平均晶粒度测定…GB 6394-2002

金相组织,用金相方法观察到的金属及合金的内部组织，可以分为：1.宏观组织，用肉眼或放大倍率一般低于10倍的放大镜可观察到的金属和合金组织。包括晶粒的大小、形态、分布和材料中存在的缺陷（如偏析、缩孔、气孔、裂纹、夹杂物等）。根据宏观组织，可以鉴定金属材料的质量、存在的缺陷以及由此而造成的金属构件在使用过程中的损坏失效原因。 编辑本段组成

宏观组织由顺粒、细粉和坛合荆配制。经混合、成型和烧成后，制品中含有气孔。组织结构是由固相(包括晶相和玻璃相)和气孔两部分组成的非均质体.与陶瓷材料相比，多数宏观组织含有尺寸较大的粗颗粒，成分和结构的不均匀程度大，称为粗结构宏观组织。宏观组织的宏观组织结构的重要指标是气孔率、吸水率、透气度、气孔孔径分布、体积密度、真密度等。 编辑本段特点

它们是评价宏观组织质量的重要指标.这些指标除直接表征它们本身的意义之外，还与宏观组织的其它性能，如杭热寒性、杭渔性、力学性能、热导率等密切相关。气孔率、吸水率、透气度、气孔孔径分布、体积密度相互之间也有密切关系。宏观组织结构的形成与原料和制造工艺，包括原料的种类、配比、粒度、混合、成型、干操及烧成条件等密切相关，由于组织结构既反映材料的工艺过程，也影响材料的许多重要性能，所以研究组织结构对于改进工艺和提高材料性能有重要的指导作用。

编辑本段与显微结构的区别

它与显微结构的区别是:在宏观尺度上描述固相、顺粒和气孔的状况时，称宏观组织结构，而在显微尺度上描述材料中晶相、玻璃相和气孔的状况和相互关系时称为显微结构。

显微组织，将用适当方法（如侵蚀）处理后的金属试样的磨面或其复型或用适当方法制成的薄膜臵于光学显微镜或电子显微镜下观察到的组织。

显微组织

1、基于以上研究成果,我们提出了超精细结构的概念,即光学显微镜下能观察到的组织称为显微组织,透射电镜下观察到的称为精细结构,而扫描隧道显微镜所观察的称为超精细结构

2、在这里所谓的显微组织主要是指带材的晶粒显示和晶粒度大小等问题.带材的晶粒显示是否清晰,晶粒度为几级,不仅仅是电镀工艺对它的要求,也是在与51封接时所必需保证的

3、用光学显微镜或电子显微镜观察到的组织称为显微组织,而用肉眼或借助放大镜观察到的组织则称为低倍组织或宏观组织； 金相即金相学，就是研究金属或合金内部结构的科学。不仅如此，它还研究当外界条件或内在因素改变时，对金属或合金内部结构的影响。所谓外部条件就是指温度、加工变形、浇注情况等。所谓内在因素主要指金属或合金的化学成分。 金相组织是反映金属金相的具体形态，如马氏体，奥氏体，铁素体，珠光体等等。 奥氏体

1.奥氏体 －碳与合金元素溶解在γ-fe中的固溶体，仍保持γ-fe的面心立方晶格。晶界比较直，呈规则多边形；淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的空隙处

奥氏体 铁素体

2.铁素体－碳与合金元素溶解在a-fe中的固溶体。亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆滑，当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析出。

铁素体 渗碳体

3.渗碳体－碳与铁形成的一种化合物。在液态铁碳合金中，首先单独结晶的渗碳体（一次渗碳体）为块状，角不尖锐，共晶渗碳体呈骨骼状。过共析钢冷却时沿acm线析出的碳化物（二次渗碳体）呈网结状，共析渗碳体呈片状。铁碳合金冷却到ar1以下时，由铁素体中析出渗碳体（三次渗碳体），在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状。 珠光体

4.珠光体－铁碳合金析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。

珠光体的片间距离取决于奥氏体分解时的过冷度。过冷度越大，所形成的珠光体片间距离越小。在a1~650℃形成的珠光体片层较厚，在金相显微镜下放大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳体，称为粗珠光体、片状珠光体，简称珠光体。在650~600℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，从珠光体的渗碳体上仅看到一条黑线，只有放大1000倍才能分辨的片层，称为索氏体。在600~550℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，不能分辨珠光体片层，仅看到黑色的球团状组织，只有用电子显微镜放大10000倍才能分辨的片层称为屈氏体。 上贝氏体

5.上贝氏体－过饱和针状铁素体和渗碳体的混合物，渗碳体在铁素体针间。过冷奥氏体在中温（约350~550℃）的相变产物，其典型形态是一束大致平行位向差为6~8od铁素体板条，并在各板条间分布着沿板条长轴方向排列的碳化物短棒或小片；典型上贝氏体呈羽毛状，晶界为对称轴，由于方位不同，羽毛可对称或不对称，铁素体羽毛可呈针状、点状、块状。若是高碳高合金钢，看不清针状羽毛；中碳中合金钢，针状羽毛较清楚；低碳低合金钢，羽毛很清楚，针粗。转变时先在晶界处形成上贝氏体，往晶内长大，不穿晶。 下贝氏体

6.下贝氏体－同上，但渗碳体在铁素体针内。过冷奥氏体在350℃~ms的转变产物。其典型形态是双凸透镜状含过饱和碳的铁素体，并在其内分布着单方向排列的碳化物小薄片；在晶内呈针状，针叶不交叉，但可交接。与回火马氏体不同，马氏体有层次之分，下贝氏体则颜色一致，下贝氏体的碳化物质点比回火马氏体粗，易受侵蚀变黑，回火马氏体颜色较浅，不易受侵蚀。高碳高合金钢的碳化物分散度比低碳低合金钢高，针叶比低碳低合金钢细。 粒状贝氏体

7.粒状贝氏体－大块状或条状的铁素体内分布着众多小岛的复相组织。过冷奥氏体在贝氏体转变温度区的最上部的转变产物。刚形成时是由条状铁素体合并而成的块状铁素体和小岛状富碳奥氏体组成，富碳奥氏体在随后的冷却过程中，可能全部保留成为残余奥氏体；也可能部分或全部分解为铁素体和渗碳体的混合物（珠光体或贝氏体）；最可能部分转变为马氏体，部分保留下来而形成两相混合物，称为m-a组织。 无碳化物贝氏体

8.无碳化物贝氏体－板条状铁素体单相组成的组织，也称为铁素体贝氏体。形成温度在贝氏体转变温度区的最上部。板条铁素体之间为富碳奥氏体，富碳奥氏体在随后的冷却过程中也有类似上面的转变。无碳化物贝氏体一般出现在低碳钢中，在硅、铝含量高的钢中也容易形成。 马氏体

9.马氏体－碳在a-fe中的过饱和固溶体。

板条马氏体：在低、中碳钢及不锈钢中形成，由许多相互平行的板条组成一个板条束，一个奥氏体晶粒可转变成几个板条束（通常3到5个）。

片状马氏体（针状马氏体）：常见于高、中碳钢及高Ni的Fe-Ni合金中，针叶中有一条缝线将马氏体分为两半，由于方位不同可呈针状或块状，针与针呈120°角排列，高碳马氏体的针叶晶界清楚，细针状马氏体呈布纹状，称为隐晶马氏体。 二次马氏体

-secondary-martensite--工件回火冷却过程中残留的奥氏体发生转变形成的马氏体。 回火马氏体

10.回火马氏体－马氏体分解得到极细的过渡型碳化物与过饱和（含碳较低）的a-相混合组织 它由马氏体在150~250℃时回火形成。 这种组织极易受腐蚀，光学显微镜下呈暗黑色针状组织（保持淬火马氏体位向），与下贝氏体很相似，只有在高倍电子显微镜下才能看到极细小的碳化物质点。 回火屈氏体

11.回火屈氏体－碳化物和a-相的混合物。

它由马氏体在350~500℃时中温回火形成。其组织特征是铁素体基体内分布着极细小的粒状碳化物，针状形态已逐渐消失，但仍隐约可见，碳化物在光学显微镜下不能分辨，仅观察到暗黑的组织，在电镜下才能清晰分辨两相，可看出碳化物颗粒已明显长大。 回火索氏体

12.回火索氏体－ 以铁素体为基体，基体上分布着均匀碳化物颗粒。

它由马氏体在500~650℃时高温回火形成。其组织特征是由等轴状铁素体和细粒状碳化物构成的复相组织，马氏体片的痕迹已消失，渗碳体的外形已较清晰，但在光镜下也难分辨，在电镜下可看到的渗碳体颗粒较大，可看出碳化物颗粒已明显长大。 莱氏体

13.莱氏体－ 奥氏体与渗碳体的共晶混合物。呈树枝状的奥氏体分布在渗碳体的基体上。 粒状珠光体，A与 Fe3C 所形成的机械混合物； 14.粒状珠光体－由铁素体和粒状碳化物组成。

它是经球化退火或马氏体在650℃~a1温度范围内回火形成。其特征是碳化物成颗粒状分布在铁素体上。 魏氏组织

15.魏氏组织－ 如果奥氏体晶粒比较粗大，冷却速度又比较适宜，先共析相有可能呈针状（片状）形态与片状珠光体混合存在，称为魏氏组织 。亚共析钢中魏氏组织的铁素体的形态有片状、羽毛状或三角形，粗大铁素体呈平行或三角形分布。它出现在奥氏体晶界，同时向晶内生长。过共析钢中魏氏组织渗碳体的形态有针状或杆状，它出现在奥氏体晶粒的内部。 铁碳合金 一、基本概念

铁碳合金相图：表示在缓慢冷却（或缓慢加热）的条件下，不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形。 铁碳合金相图组成：可组成化合物、也可以形成固溶体、还可以形成混合物。

特性点 A C D E G S P 特性线 ACD 含义 液相线 温度 1538 1148 1227 1148 912 727 727 含碳量 0 4.3 6.69 2.11 0 0.77 0.0218 含义 纯铁的熔点 共晶点，Lc→A+Fe3C 渗碳体的熔点 碳在γ-Fe中最大溶解度 纯铁的同素异构转变点α-Fe→γ-Fe 共析点As→F+Fe3C 碳在α-Fe中最大溶解度 AECF GS ES ECF PSK 固相线 常称A3线。冷却时，从不同含碳量的奥氏体析出铁素体的开始线 常称Acm线，碳在γ-Fe中的溶解度线 共晶线Lc→A+Fe3C 共析线，常称A1线，As→F+Fe3C 共晶转变：一定成分的液态合金，在某一恒温下，同时结晶出两种固相的转变。 LC

A＋Fe3C

共析转变：一定成分的固溶体，在某一恒温下，同时析出两种固相的转变。

As

含碳量分类：

F＋Fe3C

工业纯铁：C≤0.0218％C 钢：0.0218％共析钢：0.77％C P 亚共析钢： C<0.77％C P＋F 过共析钢： C>0.77％ P＋C 共晶白口铁分类：

共晶白口铁：4.3％C L’d

亚共晶白口铁：C<4.3％C L’d＋P＋C 过共晶白口铁：C>4.3％C L’d＋C

1、铁碳合金：碳钢和铸铁的统称，都是以铁和碳为基本组元的合金 2、碳钢：含碳量为0.0218%～2.11%的铁碳合金 工业纯铁：含碳量小于0.0218% 共析钢：含碳量0.77%

亚共析钢：含碳量0.0218%～0.77% 过共析钢：含碳量0.77%～2.11% 3、铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金 共晶白口铁含碳量4.3%

亚共晶白口铁含碳量2.11%～4.3% 过共晶白口铁含碳量4.3%～6.69%

4、铁碳合金相图：研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。

注：由于含碳量大于Fe3C的含碳量（6.69%）时，合金太脆，无实用价值，因此所讨论的铁碳合金相图实际上是Fe-Fe3C 二、组元

1、纯铁：纯铁指的是室温下的α-Fe，强度、硬度低，塑性、韧性好。

2、碳：碳是非金属元素，自然界存在的游离的碳有金刚石和石墨，它们是同素异构体。 3、碳在铁碳合金中的存在形式有三种： ●C与Fe形成金属化合物，即渗碳体； ●C以游离态的石墨存在于合金中。

●C溶于Fe的不同晶格中形成固溶体；

A. 铁素体：C溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号“F”或“α”表示，铁素体是一种强度和硬度低，而塑性和韧性好的相，铁素体在室温下可稳定存在。

B. 奥氏体：C溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号“A”或“γ”表示，奥氏体强度低、塑性好，钢材的热加工都在奥氏体相区进行，奥氏体在高温下可稳定存在。

C. C与Fe形成金属化合物：即渗碳体Fe3C，Fe与C组成的金属化合物，Fe与C组成的金属化合物，含碳量为6.69%。以“Fe3C”或“Cm”符号表示，渗碳体的熔点为1227℃，硬度很高(HB=800)而脆，塑性几乎等于零。渗碳体在钢和铸铁中，一般呈片状、网状或球状存在。它的形状和分布对钢的性能影响很大，是铁碳合金的重要强化相。碳在a-Fe中溶解度很低，所以常温下碳以渗碳体或石墨的形式存在。 奥氏体 简介

英文名称：austenite 晶体结构：面心立方（fcc） 字母代号：A、γ

定 义：碳及各种化学元素在γ－Fe中形成的固溶体

命名：为纪念英国冶金学家罗伯茨-奥斯汀(1843～1902)对金属科学中的贡献而命名。

微观表述：γ－Fe为面心立方晶体，其最大空隙为0.51×10－8cm，略小于碳原子半径，因而它的溶碳能力比α－Fe大，在1148℃时，γ－Fe最大溶碳量为2.11%，随着温度下降，溶碳能力逐渐减小，在727℃时其溶碳量为0.77%。

性能特点：奥氏体是一种塑性很好，强度较低的固溶体，具有一定韧性。不具有铁磁性。因此，分辨奥氏体不锈钢刀具(常见的18－8型不锈钢）的方法之一就是用磁铁来看刀具是否具有磁性。 古代铁匠打铁时烧红的铁块即处于奥氏体状态。

另外，奥氏体因为是面心立方，八面体间隙较大，可以容纳更多的碳。 编辑本段产生原因

碳溶解在γ铁中形成的一种间隙固溶体，呈面心立方结构，无磁性。奥氏体是一般钢在高温下的组织，其存在有一定的温度和成分范围。有些淬火钢能使部分奥氏体保留到室温，这种奥氏体称残留奥氏体。在合金钢中除碳之外，其他合金元素也可溶于奥氏体中，并扩大或缩小奥氏体稳定区的温度和成分范围。例如，加入锰和镍能将奥氏体临界转变温度降至室温以下，使钢在室温下保持奥氏体组织，即所谓奥氏体钢。 编辑本段钢中特性

磁性：具有顺磁性，故可作为无磁钢。 比容：在钢的各种组织中，奥氏体的比容最小。

膨胀：奥氏体的线膨胀系数比铁素体和渗碳体的平均线膨胀系数高出约一倍。故也可被用来制作要求膨胀灵敏的元件。 导热性：除渗碳体外，奥氏体的导热性最差。为避免热应力引起的工件变形，不可采用过大的加热速度加热。 力学性能：具有较高的塑性、低的屈服强度，容易塑性变形加工成型。

面心立方点阵是一种最密排的点阵结构，致密度高，其中铁原子的自扩散激活能大，扩散系数小，从而使其热强性好。故奥氏体钢可作为高温用钢。

奥氏体的硬度一般是170~220HBS，延长率为40%~50%。 影响奥氏体转变速度的因素 1. 加热温度

随加热温度的提高, 奥氏体化速度加快。 2. 加热速度

加热速度越快，发生转变的温度越高，转变所需的时间越长。 3. 合金元素

钴、镍等加快奥氏体化过程； 铬、钼、钒等减慢奥氏体化过程；

硅、铝、锰等不影响奥氏体化过程。由于合金元素的扩散速度比碳慢得多，所以合金钢的热处理加热温度一般较高，保温时间更长。

4. 原始组织

原始组织中渗碳体为片状时奥氏体形成速度快，且渗碳体间距越小，转变速度越快，同时奥氏体晶粒中碳浓度梯度也大，所以长大速度更快。

影响奥氏体晶粒长大的因素 1. 加热温度和保温时间

随加热温度升高晶粒将逐渐长大。温度愈高，或在一定温度下，保温时间越长，奥氏体晶粒也越粗大。 2. 钢的成分

奥氏体中碳含量增高，晶粒长大倾向增大。

钢中加入钛、钒、铌、锆、铝等元素，有利于得到本质细晶粒钢，因为碳化物、氧化物和氮化物弥散分布在晶界上，能阻碍晶粒长大。

锰和磷促进晶粒长大。 3.合金元素

C%的影响：C%高，C在奥氏体中的扩散速度以及Fe的自扩散速度均增加，奥氏体晶粒长大倾向增加，但C%超过一定量时，由于形成Fe3CⅡ，阻碍奥氏体晶粒长大;

合金元素影响：强碳化物形成元素Ti、Zr、V、W、Nb等熔点较高，它们弥散分布在奥氏体中阻碍奥氏体晶粒长大；非碳化物形成元素Si、Ni等对奥氏体晶粒长大影响很小。 组织形貌

奥氏体一般由等轴状的多边形晶粒组成，晶粒内有孪晶。在加热转变刚刚结束时的奥氏体晶粒比较细小，晶粒边界呈不规则的弧形。经过一段时间加热或保温，晶粒将长大，晶粒边界可趋向平直化。铁碳相图中奥氏体是高温相，存在于临界点A1温度以上，是珠光体逆共析转变而成。当钢中加入足够多的扩大奥氏体相区的化学元素时，Ni,Mn等，则可使奥氏体稳定在室温，如奥氏体钢。 晶体结构

奥氏体为面心立方结构，碳氮等间隙原子均位于奥氏体晶胞八面体间隙中心，及面心立方晶胞的中心和棱边的中点。假如每一个八面体的中心各容纳一个碳原子，则碳的最大溶解度应为50%（摩尔分数），相当于质量分数约20%。实际上碳在奥氏体中的最大溶解度为2.11%（质量分数），这是由于ˠ-Fe的八面体间隙的半径仅为0.052nm，比碳原子的半径0.086nm小。碳原子溶入将使八面体发生较大的膨胀，产生畸变，溶入越多，畸变越大，晶格将不稳定，因此不是所有的八面体间隙中心都能溶入一个碳原子，溶解度是有限的。碳原子溶入奥氏体中，使奥氏体晶格点阵发生均匀对等的膨胀，点阵常数随着碳含量的增加而增大。 大多数合金元素如Mn.Cr.Ni.Co.Si等，在ˠ-Fe中取代Fe原子的位臵而形成臵换固溶体。替换原子在奥氏体中的溶解度各不相同，有的可无限溶解，有的溶解度甚微。少数元素，如硼仅存在于浸提缺陷处，如晶界、位错等。 铁素体 目录

铁素体(ferrite，缩写：FN，用F表示)，即碳在α-Fe中的间隙固溶体，具有体心立方晶格。称为铁素体或α固溶体，用α或F表示，α常用在相图标注中，F在行文中常用。亚共析成分的奥氏体通过先共析析出形成铁素体。这部分铁素体称为先共析铁素体或组织上自由的铁素体。随形成条件不同，先共析铁素体具有不同形态，如等轴形、沿晶形、纺锤形、锯齿形和针状等。铁素体还是珠光体组织的基体。在碳钢和低合金钢的热轧（正火）和退火组织中，铁素体是主要组成相；铁素体的成分和组织对钢的工艺性能有重要影响，在某些场合下对钢的使用性能也有影响。

碳溶入δ-Fe中形成间隙固溶体，呈体心立方晶格结构，因存在的温度较高，故称高温铁素体或δ固溶体，用δ表示，在1394℃以上存在，在1495℃时溶碳量最大。碳的质量分数为0.09%。 编辑本段物理性质

纯铁在912℃以下为具有体心立方晶格。碳溶于α-Fe中的间隙固溶体称为铁素体，以符号F表示。由于α-Fe是体心立方晶格结构，它的晶格间隙很小，因而溶碳能力极差，在727℃时溶碳量最大，可达0.0218%,随着温度的下降溶碳量逐渐减小，在600℃时溶碳量约为0.0057%，在室温时溶碳量约为0.0008%。因此其性能几乎和纯铁相同，其机械性能如下： 抗拉强度 180—280MN/平方米

屈服强度 100—170MN/平方米 延伸率 30--50% 断面收缩率 70--80%

冲击韧性 160—200J/平方厘米 硬度 HB 50—80

由此可见，铁素体的强度、硬度不高，但具有良好的塑性与韧性。

铁素体的显微组织与纯铁相同，呈明亮的多边形晶粒组织，有时由于各晶粒位向不同，受腐蚀程度略有差异，因而稍显明暗不同。 铁素体在770℃以下具有铁磁性，在770℃以上则失去铁磁性。 （铁素体的居里点为770℃）

体心立方晶格的晶胞是一个立方体，在体心立方晶胞的每个角上和晶胞中心都排列一个原子。可见，体心立方晶胞每个角上的原子为相邻的八个晶胞所共有，每个晶胞实际上只占有1/8个原子。而中心的原子却为该晶胞所独有。所以，体心立方晶胞中原子数为8*1/8+1=2个。碳原子存在于四面、八面体间隙。

马氏体，是黑色金属材料的一种组织名称。最先由德国冶金学家 Adolf Martens(1850-1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中发现。马氏体的三维组织形态通常有片状(plate)或者板条状(lath)，但是在金相观察中（二维）通常表现为针状（needle-shaped），这也是为什么在一些地方通常描述为针状的原因。马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT）。中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一。

马氏体（M）是碳溶于α-Fe的过饱和的固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相。其比容大于奥氏体、珠光体等组织，这是产生淬火应力，导致变形开裂的主要原因。

马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中发现的：将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。 编辑本段概念提出

最先由德国冶金学家 Adolf Martens(1850-1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中发现。马氏体的三维组织形态通常有片状(plate)或者板条状(lath)，片状马氏体在金相观察中（二维）通常表现为针状（needle-shaped），这也是为什么在一些地方通常描述为针状、竹叶状的原因，板条状马氏体在金相观察中为细长的条状或板状。奥氏体中含碳量≥1%的钢淬火后，马氏体形态为片状马氏体，当奥氏体中含碳量≤0.2%的钢淬火后，马氏体形状基本为板条马氏体。马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT）。中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一，同时马氏体的脆性也比较高。20世纪以来，对钢中马氏体相变的特征累积了较多的知识，又相继发现在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变，如：Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。目前广泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体。 编辑本段名称来历

马氏体的“马”指的就是阿道夫〃马滕斯。

马氏体Martensite，如前所述命名自Adolf Martens (1850-1914)。这位被称作马登斯或马滕斯的先生是一位德国的冶金学家。他早年作为一名工程师从事铁路桥梁的建设工作，并接触到了正在兴起的材料检验方法。于是他用自制的显微镜观察铁的金相组织，并在1878年发表了《铁的显微镜研究》，阐述金属断口形态以及其抛光和酸浸后的金相组织他观察到生铁在冷却和结晶过程中的组织排列很有规则（大概其中就有马氏体），并预言显微镜研究必将成为最有用的分析方法之一，他还曾经担任了柏林皇家大学附属机械工艺研究所（柏林皇家材料试验所（Staatliche Materialprüfungsamt）的前身）所长，他在那里建立了第一流的金相试验室。15年国际材料试验学会成立，他担任了副一职。直到现在，在德国依然有一个声望颇高的奖项以他的名字命名。 编辑本段相变特性 martensitic transformation

马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中发现的：将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。15年法国人奥斯蒙（F.Osmond）为纪念德国冶金学家马滕斯（A.□artens），把这种组织命名为马氏体(□artensite)。人们最早只把钢中由奥氏体转变为马氏体的相变称为马氏体相变。20世纪以来，对钢中马氏体相变的特征累积了较多的知识，又相继发现在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变，如：Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-□n、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。目前广泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体（见固态相变）。

相变特征和机制 马氏体相变具有热效应和体积效应，相变过程是形核和长大的过程。但核心如何形成，又如何长大，目前尚无完整的模型。马氏体长大速率一般较大，有的甚至高达10□cm□s□。人们推想母相中的晶体缺陷（如位错）的组态对马氏体形核具有影响，但目前实验技术还无法观察到相界面上位错的组态，因此对马氏体相变的过程，尚不能窥其全貌。其特征可概括如下： 马氏体相变是无扩散相变之一，相变时没有穿越界面的原子无规行走或顺序跳跃，因而新相（马氏体）承袭了母相的化学成分、原子序态和晶体缺陷。马氏体相变时原子有规则地保持其相邻原子间的相对关系进行位移，这种位移是切变式的（图1切变式位移示意）。原子位移的结果产生点阵应变(或形变)（图2 原子位移产生点阵应变）。这种切变位移不但使母相点阵结构改变，而且产生宏观的形状改变。将一个抛光试样的表面先划上一条直线，如图3a马氏体相变时的形状改变中的PQRS，若试样中一部分(A□B□C□D□-A□B□C□D□)发生马氏体相变(形成马氏体),则PQRS直线就折成PQ、QR□及R□S□三段相连的直线，两相界面的平面A□B□C□D□及A□B□C□D□保持无应变、不转动，称惯习（析）面。这种形状改变称为不变平面应变（图3 马氏体相变时的形状改变）。形状改变使先经抛光的试样表面形成浮突。由图4 高碳钢中马氏体的表面浮突×600可见，高碳钢马氏体的表面浮突，它可由图5表面浮突示意示意，可见马氏体形成时，与马氏体相交的表面上发生倾动，在干涉显微镜下可见到浮突的高度以及完整尖锐的边缘（图6Co-30.5Ni合金形成六方马氏体时产生的表面浮突干涉图像）。

马氏体的惯习（析）面 马氏体相变时在一定的母相面上形成新相马氏体，这个面称为惯习（析）面，它往往不是简单的指数面，如镍钢中马氏体在奥氏体(γ)的{135}上最先形成（图7 Fe-25Ni-0.3V-0.3C钢中的马氏体及其周围的奥氏体）。马氏体形成时和母相的界面上存在大的应变。为了部分地减低这种应变能，会发生辅助的变形，使界面改变如图7Fe-25Ni-0.3V-0.3C钢中的马氏体及其周围的奥氏体中由{135}变为{224}面。图7Fe-25Ni-0.3V-0.3C钢中的马氏体及其周围的奥氏体中马氏体呈透镜状，它具有中脊面，是孪晶密度很高的面，即{135}□面，这些马氏体内部的孪晶是马氏体内的亚结构。在铁基合金的马氏体中存在孪晶或（和）位错，在非铁合金中一般存在孪晶或层错。由图7Fe-25Ni-0.3V－0.3C钢中的马氏体及其周围的奥氏体还可见到：在马氏体周围的母相（奥氏体）中形成密度很高的位错，这是在马氏体相变时，母相发生协作形变而形成的。

由于马氏体相变时原子规则地发生位移，使新相(马氏体)和母相之间始终保持一定的位向关系。在铁基合金中由面心立方母相γ变为体心立方(正方) 编辑本段转变简介

马氏体由奥氏体急速冷却（淬火）形成，这种情况下奥氏体中固溶的碳原子没有时间扩散出晶胞。当奥氏体到达马氏体转变温度（Ms）时，马氏体转变开始产生，母相奥氏体组织开始不稳定。在Ms以下某温度保持不变时，少部分的奥氏体组织迅速转变，但不会继续。只有当温度进一步降低，更多的奥氏体才转变为马氏体。最后，温度到达马氏体转变结束温度Mf，马氏体转变结束。马氏体还可以在压力作用下形成，这种方法通常用在硬化陶瓷上（氧化钇、氧化锆）和特殊的钢种（高强度、高延展性的钢）。因此，马氏体转变可以通过热量和压力两种方法进行。

马氏体和奥氏体的不同在于，马氏体是体心正方结构，奥氏体是面心立方结构。奥氏体向马氏体转变仅需很少的能量，因为这种转变是无扩散位移型的，仅仅是迅速和微小的原子重排。马氏体的密度低于奥氏体，所以转变后体积会膨胀。相对于转变带来的体积改变，这种变化引起的切应力、拉应力更需要重视。

马氏体在Fe-C相图中没有出现，因为它不是一种平衡组织。平衡组织的形成需要很慢的冷却速度和足够时间的扩散，而马氏体是在非常快的冷却速度下形成的。由于化学反应（向平衡态转变）温度高时会加快，马氏体在加热情况下很容易分解。这个过程叫做回火。在某些合金中，加入合金元素会减少这种马氏体分解。比如，加入合金元素钨，形成碳化物强化机体。由于淬火过程难以控制，很多淬火工艺通过淬火后获得过量的马氏体，然后通过回火去减少马氏体含量，直到获得合适的组织，从而达到性能要求。马氏体太多将使钢变脆，马氏体太少会使钢变软。 马氏体的性能

众所周知，马氏体是强化钢件的重要手段，而且一般认为，马氏体是一种硬而脆的组织。尤其是高碳片状马氏体更是这样。要想提高淬火钢的塑性和韧性，必须用提高回火温度的方法，牺牲部分强度而换取韧性，就是说强度和塑性很难兼得。但是近年来的研究工作表明，这种观点只是适用于片状马氏体，而板条状马氏体不是这样，板条状马氏体不但具有很高的强度而且具有良好的塑性和韧性，同时还具有低的脆性转变温度，其缺口敏感性和过载敏感性都较低。 马氏体的硬度和强度

钢中马氏体机械性能的显著特点是具有高硬度和高强度。马氏体的硬度主要取决于马氏体的含碳质量分数。马氏体的硬度随质量分数的增加而升高，当含碳质量分数达到6%时，淬火钢硬度接近最大值，含碳质量分数进一步增加，虽然马氏体的硬度会有所提高，但由于残余奥氏体数量增加，反而使钢的硬度有所下降。合金元素对钢的硬度关系不大，但可以提高其强度。

马氏体具有高硬度和高强度的原因是多方面的，其中主要包括固溶强化、相变强化、时效强化以及晶界强化等。

(1)固溶强化。首先是碳对马氏体的固溶强化。过饱的间隙原子碳在a相晶格中造成晶格的正方畸变，形成一个强烈的应力场。该应力场与位错发生强烈的交换作用，阻碍错位的运动从而提高马氏体的硬度和强度。

(2)相变强化。其次是相变强化。马氏体转变时，在晶格内造成晶格缺陷密度很高的亚结构，如板条马氏体中高密度的错位、片状马氏体中的孪晶等，这些缺陷都阻碍为错的运动，使得马氏体强化。这就是所谓的相变强化。实验证明，无碳马氏体的屈服强度约为284Mpa,此值与形变强化铁素体的屈服强度很接近，而退火状态铁素体的屈服强度仅为98~137Mpa，这就说明相变强化使屈服强度提高了147~186MPa

(3)时效强化。时效强化也是一个重要的强化因素。马氏体形成以后，由于一般钢的点Ms大都处在室温以上，因此在淬火过程中及在室温停留时，或在外力作用下，都会发生自回火。即碳原子和合金元素的原子向位错及其它晶体缺陷处扩散偏聚或碳化物的弥散析出，钉轧位错，使位错难以运动，从而造成马氏体的时效强化。

（4)原始奥氏体晶粒大小及板条马氏体束大小对马氏体强度的影响。原始奥氏体晶粒大小及板条马氏体束的尺寸对马氏体强度也有一定影响。原始奥氏体晶粒越细小、马氏体板条束越小，则马氏体强度越高。这是由于相界面阻碍位错的运动造成的马氏体强化。

马氏体的塑性和韧性

马氏体的塑性和韧性主要取决于马氏体的亚结构。片状马氏体具有高强度高硬度，但韧性很差，其特点是硬而脆。在具有相同屈服强度的条件下，板条马氏体比片状马氏体的韧性好很多，即在具有较高强度、硬度的同时，还具有相当高的韧性和塑性。 其原因是由于在片状马氏体中孪晶亚结构的存在大大减少了有效滑移系；同时在回火时，碳化物沿孪晶不均匀析出使脆性增大；此外，片状马氏体中含碳质量分数高，晶格畸变大，淬火应力大，以及存在大量的显微裂纹也是其韧性擦得原因。而板条马氏体中含碳质量分数低，可以发生“自回火”，且碳化物分布均匀；其次在胞状位错亚结构中位错分布不均匀，存在低密度位错区，为位错提供了活动余地，由于位错运动能缓和局部应力集中。

为什么片状马氏体和板条马氏体在性能上有很大的差异呢？近年来做了大量的研究工作，有关使马氏体强度高的原因是很多的，如碳原子的固溶强化、相变强化以及时效强化等，其中以碳原子强化起主要作用，而且马氏体中固溶的碳越多强度也越高，所以马氏体有很高的强度；但韧性的变化却随马氏体中含碳量的增加而下降，当马氏体含碳量很高时（大于0.6%C）即使经过低温回火韧也很低，为了弄清楚影响韧性的原因，作了如下实验，研究了马氏体的亚结构和韧性的关系。用含碳量为0.35%的碳钢，淬火后得到位错型的板条状马氏体，其强度和韧性都比较高，为了改变其亚结构，在该种钢中加入铬元素，随着铬含量的增加，马氏体的亚结构由位错型向孪晶型转化，即孪晶型马氏体数量逐渐增加，位错型马氏体数量逐渐减少，经测定其断裂韧性KIC逐渐降低，而且发现，在屈服强度相同的条件下，亚结构为位错型的马氏体的断裂韧性高于亚结构为孪晶型的马氏体的断裂韧性。经过回火后仍然是位错型的马氏体的断裂韧性高于孪晶型马氏体的断裂韧性。这个规律已用大量的实验得到了证实。断裂韧性值位错马氏体比孪晶马氏体高三倍，而马氏体的韧性主要决定于马氏体的亚结构。

为什么亚结构为位错型的马氏体韧性高，而孪晶型马氏体的韧性低呢？这是因为位错型马氏体有一定的塑性变形能力，可以缓冲矛盾。而孪晶马氏体不能发生塑性变形，另外，孪晶面的存在，在回火时碳化物沿孪晶面析出，造成碳的分布不均匀，因而使片状马氏体很脆。 编辑本段两种形态

板条状马氏体是低碳钢,马氏体时效钢，不锈钢等铁系合金形成的一种典型的马氏体组织，因其单元立体形状为板条状，故称板条状马氏体。由于它的亚结构主要是由高密度的位错组成，所以又称位错马氏体。片状马氏体则常见于高，中碳钢，每个马氏体晶体的厚度与径向尺寸相比很小其断面形状呈针片状，故称片状马氏体或针状马氏体.由于其亚结构主要为细小孪晶,所以又称为孪晶马氏体.一般当Wc<0.3%时，钢在马氏体形态几乎全为板条马氏体;当Wc>1.0%时，则几乎全为片状马氏体；当Wc=0.3%-1.0%时，为板条马氏体和片状马氏体的混合物，随含碳量的升高，淬火钢中板条马氏体的量下降，片状马氏体的量上升.高碳钢在正常温度淬火时，细小的奥氏体晶粒和碳化物都能使其获得细针状马氏体组织,这种组织在光学显微镜下无法分辨称为隐针马氏体。