2012春季学期
材料力学性能课程论文
院（系）材料科学与工程
专业材料科学与工程
学生唐骜
学号1091900101
班号0919001
铁碳马氏体的强化机制
唐骜
1091900101
摘要：本文以铁碳马氏体的组织形貌以及马氏体转变过程为出发点，引述了马氏体的主要强韧化机制。并通过引用各学者的实验结论，得到了铁碳马氏体的强韧化机理。
关键词：马氏体，强韧化机制，高强度钢，低碳钢，时效
1.马氏体概述
马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。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。
马氏体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。 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。
2.马氏体相变特征
马氏体转变的一般定义为：过冷奥氏体以较快的速度冷却，抑制其扩散性分解，在较低的温度下发生的无扩散型相变称为马氏体相变。
其主要特点有以下几点：
（1）马氏体相变是无扩散相变。马氏体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。原子位移的结果产生点阵应变(或形变)。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。
（2）产生表面相变时浮突。马氏体形状改变使先经抛光的试样表面形成浮突。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。
（3）新相(马氏体)和母相之间始终保持一定的位向关系。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。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。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。
（4）马氏体相变具有可逆性。当母相冷却时在一定温度开始转变为马氏体，把这温度标作Ms,加热时马氏体逆变为母相，开始逆变的温度标为As。
（5）马氏体转变是在一个温度范围内完成的。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。
3. 马氏体的强化机制
金属的强化机制大致可分为固溶强化机制、第二相强化、形变强化及细晶强化等。近年来对马氏体高强度、高硬度的本质进行了大量研究，认为马氏体的高强度、高硬度是多种强化机制综合作用的结果。主要的强化机制包括：相变强化、固溶强化、时效强化、形变强化和细晶强化等。
3.1 相变强化
马氏体相变的强化重庆316L不锈钢管研究认为：在不锈钢中具有最高硬度的SUS 440(2(13Cr-IC)(640-700[1V)属于马氏体系不锈钢，马氏体组织的结构非常微细，而且在其内部存在高密度的位错，若使碳过饱和固溶还能提高强度。另方面，经过最后的回火处理可以得到碳化物等析出物弥散细微分布的组织。马氏体系不锈钢用固溶碳量和加火处理可以调整其强度。例如，SUS 420J2(13Cr-O．3C)从i000~C的高温奥氏体区急冷时，发生固溶0．3％C的马氏体相变，再经回火热处理就会使碳化物等析出物呈微细弥散分布。其强度可达到约550HV
3.2 细晶强化
人们早己知道晶粒大小影响金属强度。铁素体晶粒大小对退火的软钢屈服强度的影响，可以看出晶粒直径d与屈服强度间有着直线关系，晶粒越细屈服强度越高。这种屈服强度与晶粒大小间的关系称霍尔佩琪法则，因变形在晶粒内运动的位错在晶界其运动被阻，所以晶界大量存在的细晶粒材料，其强度很高。前述的固溶强化、析出强化及加工硬化若过分提高强度，则会使韧性受损。所以，有时根据加工、使用条件使强度有一定限制。另一方面，当晶粒细化时不但不损坏韧性，而且还能提高强度。现在，对钢铁材料的晶粒细化的研究非常盛行，并以“超级金属的技术开发。为题进行着开发，通常不锈钢的晶粒直径为数十微米，但在这些课题中正在研究一种制造方法，使金属晶粒有1／100到数百毫微米(nm)，例如，晶粒直径为300nm的奥氏体系不锈钢其拉伸强度为1100 N／mm2，约是通常粒径材料的2倍。为了能在不损害韧性的前提下得到高强度，对这种方法寄予了很大的希望。在JIS规
定的不锈钢中存在具有微细组织的不锈钢，这是把不同组织复合的双相系不锈钢。SUS329J4L(25Cr—6Ni—3Mo—N)具有在铁素体母相中分布着岛状奥氏体相的组织，由于为复合组织故各组织很细微。另外，由于加入了氮使之固溶强化提高了强度，耐点蚀性也得到改善。由于晶粒细化和固溶强化的复合作用，使得双相钢的屈服强度等强度特性好于奥氏体系和铁索体系。
3.3 固溶强化
纯金属由于强度低, 很少用作结构材料, 在工业上合金的应用远比纯金属广泛。合金组元溶入基体金属的晶格形成的均匀相称为固溶体。纯金属一旦加入合金组元变为固溶体,其强度、硬度将升高而塑性将降低, 这个现象称为固溶强化。固溶强化的机制是: 金属材料的变形主要是依靠位错滑移完成的, 故凡是可以增大位错滑移阻力的因素都将使变形抗力增大, 从而使材料强化。合金组元溶入基体金属的晶格形成固溶体后, 不仅使晶格发生畸变, 同时使位错密度增加。
实验结果表明，在碳含量小于0.4%时，马氏体的屈服强度随碳含量增加而升高；碳含量大于0.4%时，马氏体的屈服强度不再增加。这一现象的普遍解释为，固溶的间隙C 原子处于Fe 原子组成的八面体的中心位置，马氏体中的八面体为扁八面体（奥氏体中为正八面体），C 原子溶入后形成以C 原子为中心的畸变偶极应力场，该应力场与位错产生强烈的交互作用，令位错运动使马氏体强度升高。当含碳量高于0.4%时，C 原子间距太近，产生的畸变偶极应力场彼此抵消，降低了强化效果。
3.4 形变强化
生产金属材料的主要方法是塑性加工, 即在外力作用下使金属材料发生塑性变形, 使其具有预期的性能、形状和尺寸。在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形。金属材料在冷变形过程中强度将逐渐升高, 这一现象称为形变强化。
钢变形时给结晶加上了剪断应力，在位错运动的同时，给结晶导入了大量的位错。加工硬化加工轧制和拔丝这种塑性变形使晶体内的位错密度增加，是强化钢的方法。据重庆304不锈钢卷板研究证明这种加工硬化作用奥氏体系比铁素体系大得多。在18Cr-8Ni组成的亚稳定奥氏体系，因位错密度增大的硬化和马氏体的生成(加工引起相变)容易得到高强度。利用加工硬化的材料称硬化材，其强度可根据轧制率的变化按H(硬级)、3／4H和1／2H的强度水平划分，SUS 301(17Cr-TNi)硬化材在家庭电器机械的压簧和汽车的引擎垫圈、通信机械的连接器材等板弹簧制品方面使用非常普及。由加工硬化引起的马氏体具有磁性，所以SUS 301和SUS 304的硬化材也有磁性。非磁性的弹簧用材料有含高锰的不锈钢AISl205(17Cr-15Mn-1．5Ni-O．35N)，该钢是用锰取代了SUS 301中的镍，由于其性质的不同，可以固溶更多的氮。就是说，可以得到前述的固溶强化的效果。在固溶化处理状态下SUS 304的硬度约1801tV，而AISl 205的硬度约2701]V，再进行加工时可发现显著的加工硬化特性。所有钢种随着压下率增加的同时，硬度也上升。
3.5时效强化
时效强化也是马氏体强化的一个重要因素，马氏体相变是无扩散相变，但在马氏体形成后，马氏体中的碳原子的偏聚（马氏体自回火）就能发生，碳原子发生偏聚（时效）的结果，碳含量越高，时效强化越显著。
时效强化是由C 原子扩散偏聚钉扎位错引起。因此，如果马氏体在室温以上形成，淬火冷却时又未能抑制C 原子的扩散，则在淬火至室温途中C 原子扩散偏聚已自然形成，而呈现时效。所以，对于M S 高于室温的钢，在通常淬火冷却条件下，淬火过程即伴随自回火。
3.6亚结构强化
亚结构强化主要指孪晶或层错的强化作用，其表现在以下几个方面：
(1)位错与孪晶的弹性交互作用；
(2)位错穿过孪晶构成滑移轨迹的曲折；
(3)孪晶阻挡位错运动。
应当指出，孪晶的强化，据认为是由于碳原子在孪晶界面上的偏聚所造成的，其强化作用的贡献与钢的含碳量关系密切：当碳含量小于0.3%时，马氏体的强化主要寄托于间隙原子的固溶强化；当碳含量为0.3%-0.6%时，马氏体强度的提高除得益于固溶强化外，还可有孪晶和位错亚结构的强化贡献；当碳含量大于0.6%时，孪晶的强化作用显得很弱。
结论：马氏体由于其高强度，高硬度在很多领域都有广泛的应用。我们在应用马氏体的同时，要了解马氏体的强化机制，从而通过不同机制对马氏体强度的影响，找到提高马氏体强度的方法。结果表明，马氏体之所以有高硬度，高强度是多种强化机制的综合作用结果。其强化机制包括相变强化、固溶强化、时效强化、形变强化和细晶强化等。各种强化机制相互作用，相互促进。
参考文献
1.尹钟大，李晓东.18Ni马氏体时效钢时效机理研究[J].金属学报.1995，31（1）:8-1
2. 2．姜越，尹钟大，朱景川，李明伟. 超高强度马氏体时效钢的发展[J].特殊钢，
2004,25(2):1-5.
3．张慧杰，李鸿美. 高强度超低碳马氏体钢的强化机理[J].上海金属，2010,32(2):42-45.
4.黎永钧.低碳马氏体的组织结构及强韧化机理[D].西安：西安交通大学金属材料及强度研究所.
『材料典故』从马氏体说开去 对于学材料的人来说，“马氏体”的大名如雷贯耳，那么说到阿道夫·马滕斯又有几个人知道呢？其实马氏体的“马”指的就是他了。在铁碳组织中这样以人名命名的组织还有很多，今天我们就来说说这些名称和它们背后那些材料先贤的故事。 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。（这个工作我们现在做的好像也蛮多的。）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（有远见）。他还曾经担任了柏林皇家大学附属机械工艺研究所所长，也就是柏林皇家材料试验所（"Staatliche Materialprüfungsamt"）的前身，他在那里建立了第一流的金相试验室。1895年国际材料试验学会成立，他担任了副主席一职。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。 下面说说奥氏体Austenite，套用一下无意间搜到的某个以Austenite为昵称的仁兄的话，Austenite之所以叫Austenite，不是因为发现者喜欢简·奥斯汀（Jane Austen）的作品，也不是因为德克萨斯州的首府奥斯汀（Austin）市，而是因为一位来自不列颠的冶金学家Roberts-Austen, Sir William Chandler (1843-1902)。个人猜测，他的名字大概是罗伯茨-奥斯汀，被封为威廉·查德勒爵士。这位爵士可算得上是有好几把刷子。他是第一幅铁碳相图的绘制者，1897年完成初稿1899年彻底完成。他还是第一个用定量试验验证菲克扩散定律的人，他所做的试验是金在铂中的扩散。他还与法国勒夏忒列同时称为差热分析的鼻祖。下面我们来看看这位先生的生平。 罗伯茨-奥斯汀于1843年3月3日出生于英国的Kennington。18岁时进入皇家矿业学院。后来在造币厂从事金、银和合金成分的研究。他用量热计法测定银铜合金的凝固点，并首先用冰点曲线表示其实验成果。1875年当选为英国皇家学会会员。1876年与J.洛基尔一起用光谱仪作定量分析，以辅助传统的试金法。1885年他开始研究钢的强化，同时着手研究少量杂质对金的拉伸强度的影响，并在1888年的论文中加以阐述，成为早期用元素周期表解释一系列元素特性的范例。奥斯汀采用Pt／（Pt-Rh）热电偶高温计测定了高熔点物质的冷却速度，并创立共晶理论。他使用显微镜照相的方法研究金属的金相形貌。在造币厂的工作使他成为了举世闻名的铸币权威。1882年到1902年他在伦敦的皇家矿业学院任冶金学教授，1899年被授予爵士爵位。于1902年11月22日离开人间。 相比之下关于贝氏体和莱氏体的“被命名者”我们了解的要少得多。贝氏体Bainite，命名自美国化学家E. C. Bain，30年代，他和他的合作伙伴在由他们首先进行的“等温转变曲线”的试验中发现了一种不同于他们熟识的组织的新的组织，这种针状或羽毛状的组织随后被以他的名字命名。莱氏体Ledeburite，命名自Adolf Ledebur (1837-1916)。关于他，我们只知道他是Bergakademie Freiberg 的第一个"Eisenhüttenkunde"教授，并因在1882年发现了铁碳"Mischkristalle" 而闻名，至于这些德语是什么意思就请高手不吝赐教了。 以人名命名的组织大体如此，其他的组织命名则各有不同。铁素体Ferrite，命
奥氏体（Austenite）是钢铁的一种层片状的显微组织，[1]通常是?-Fe中固溶少量碳的无磁性固溶体，也称为沃斯田铁或?-Fe。奥氏体的名称是来自英国的冶金学家罗伯茨·奥斯汀（William Chandler Roberts-Austen）。 奥氏体塑性很好，强度较低，具有一定韧性，不具有铁磁性。奥氏体因为是面心立方，四面体间隙较大，可以容纳更多的碳。[2] 组成成分 编辑 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。[2] 晶体结构 编辑 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?-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?-Fe中取代Fe原子的位置而形成置换固溶体。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。[3] 主要性能
课后习题（简答题）整理 （注：此内容仅供参考，如有疑义请自行查证) 习题一：金属固态相变基础 1、金属固态相变有哪些主要特征？ ①相界面特殊（不同类型，具有不同界面能和应变能）②新旧相之间存在一定位向关系与惯习面③相变阻力大（弹性应变能作用）4.易产生过渡相（降低形核功）5.晶体缺陷的影响（提供驱动力） 6.原子的扩散 2、哪些因素构成固态相变阻力？哪些构成相变驱动力？ 固态相变的阻力：弹性应变能和界面能；相变驱动力：新旧两相的自由能差和新相自由能较低 3、金属固态相变主要有哪些变化？ 内部组织或结构；有序化程度 4、固态相变的过程中形核和长大的方式是什么？ 形核：均匀形核；非均匀形核：①晶界形核②位错形核③空位形核。新相晶核的长大，实质是界面向母相方向的迁移。 5、固态相变的长大速度受什么控制？ 无扩散型相变受控于界面过程；扩散型相变成分不变时长大速度主要受控于界面过程，成分改变时长大速度取决于扩散过程 6、C曲线为何呈“C”型（存在鼻点）？ ①过冷奥氏体转变速度取决于转变驱动力和扩散能力，而△T↑，△G ↑，D↓。 ②在A1～550℃区间,随过冷度增大,原子扩散较快,转变速度较快。 ③550℃以下,随过冷度增大,原子扩散速度越来越慢,因而转变速度减慢。 7.影响C曲线的因素有哪些？ 1.含碳量； 2.合金元素； 3.奥氏体晶粒尺寸； 4.原始组织、加热温度和保温时间； 5. 奥氏体塑性变形 习题二：钢中奥氏体的形成 1.热处理的条件：（1）有固态相变发生的金属或合金（2）加热时溶解度有显著变化的合金 为什么钢可以进行热处理？ ①α→γ固态相变﹄有相变重结晶 ②C溶解度显著变化﹄可固溶强化
2012春季学期 材料力学性能课程论文 院（系）材料科学与工程 专业材料科学与工程 学生唐骜 学号 1091900101 班号 0919001
铁碳马氏体的强化机制 唐骜 1091900101 摘要：本文以铁碳马氏体的组织形貌以及马氏体转变过程为出发点，引述了马氏体的主要强韧化机制。并通过引用各学者的实验结论，得到了铁碳马氏体的强韧化机理。 关键词：马氏体，强韧化机制，高强度钢，低碳钢，时效 1. 马氏体概述 马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称。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。 马氏体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。 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。 2. 马氏体相变特征 马氏体转变的一般定义为：过冷奥氏体以较快的速度冷却，抑制其扩散性分解，在较低的温度下发生的无扩散型相变称为马氏体相变。 其主要特点有以下几点： （1）马氏体相变是无扩散相变。马氏体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。原子位移的结果产生点阵应变(或形变)。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。 （2）产生表面相变时浮突。马氏体形状改变使先经抛光的试样表面形成浮突。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。 （3）新相(马氏体)和母相之间始终保持一定的位向关系。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
铁碳马氏体的强化机制 摘要：钢中铁碳马氏体的最主要特性是高强度、高硬度，其硬度随碳含量的增加而升高。马氏体的强化机制是多种强化机制共同作用的结果。主要的强化机制包括：相变强化、固溶强化、时效强化、形变强化和综合强化等。本文介绍了铁碳马氏体及其金相组织和力学特性，着重深入分析马氏体的强化机制。 关键词：铁碳马氏体强化机制 1.马氏体的概念，组织及力学特性 1.1马氏体的概念 马氏体，也有称为麻田散铁，是纯金属或合金从某一固相转变成另一固相时的产物；在转变过程中，原子不扩散，化学成分不改变，但晶格发生变化，同时新旧相间维持一定的位向关系并且具有切变共格的特征。 马氏体最先在淬火钢中发现，是由奥氏体转变成的，是碳在α铁中的过饱和固溶体。以德国冶金学家阿道夫·马登斯（A.Martens）的名字命名；现在马氏体型相变的产物统称为“马氏体”。马氏体的开始和终止温度，分别称为M始点和M终点；钢中的马氏体在显微镜下常呈针状，并伴有未经转变的奥氏体(残留奥氏体)；钢中的马氏体的硬度随碳量增加而增高；高碳钢的马氏体的硬度高而脆，而低碳钢的马氏体具有较高的韧性。 1.3马氏体的力学特性 铁碳马氏体最主要的性质就是高硬度、高强度，其硬度随碳含量的增加而增加。但是当碳含量达到6%时，淬火钢的硬度达到最大值，这是因为碳含量进一步提高，虽然马氏体的硬度会提高但是由于残余奥氏体量的增加，使钢的硬度反而下降。 2.铁碳马氏体的晶体学特性和金相形貌 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。可以把铁碳马氏体按碳含量分为5个组别(见表)【1】。
第24卷第5期 2006年9 物理测试 Physics Examination and Testing Vol.24,No.5 Sep.2006 作者简介:王 健(19762),男,硕士生; E 2m ail :wj1976@https://www.doczj.com/doc/ce11443281.html, ; 修订日期:2006204210 304不锈钢应变诱发α′ 马氏体相变及对力学性能的影响 王 健1,2, 杨卓越1, 陈嘉砚1, 苏 杰1 (1.钢铁研究总院结构材料研究所,北京100081;2.云南大学,云南昆明650091) 摘 要:借助于X 射线衍射,研究了C 、Mn 、Cr 和Ni 含量对304奥氏体不锈钢拉伸力学性能和应变诱发马氏体 相变倾向的影响。结果表明:C 、Mn 、Cr 和Ni 在允许的成分范围内变化,应变诱发α′ 马氏体相变倾向差异很大,这导致屈服强度和抗拉强度复杂的变化,尽管应变诱发α′马氏体相变使加工硬化速率提高,相变可以诱发塑性, 但相变速率较快,相变倾向较大的钢塑性反而下降,此外,由于室温变形还增大热诱发马氏体相变倾向,从而限制了C 、Mn 、Cr 和Ni 下限钢在高精度和低温环境下构件的应用。关键词:304不锈钢;应变诱发;马氏体相变;拉伸力学性能 中图分类号:T G 115.5 文献标示码:A 文章编号:100120777(2005)0520008204 Strain 2induced Martensite T ransform ation and E ffects on Mechanical Properties in 304Stainless Steel WAN G Jian 1,2, YAN G Zhuo 2yue 1, C H EN Jia 2yang 1, SU Jie 1 (1.Institute of Structure Materials ,Central Iron &Steel Research Institute ,Beijing 100081China ;2.Yunnan University ,Kunmin 650091,Yunnan ,China ) Abstract :By means of X 2ray diff raction technique ,the effects of C 、Mn 、Cr and Ni on the tensile properties and the tendency of strain 2induced martensite transformation in AISI 304stainless steel have been investigated.The re 2sults have shown that ,even though the variations of C 、Mn 、Cr and Ni were restricted to the standard specifica 2tion ,there existed significant difference with respect to the stability of austenite ,leading to the complex variation in yield strength and tensile strength.Despite increase in the rate of work hardening due to strain 2induced martens 2ite transformation and transformation 2induced plasticity ,the inferior ductility was caused by high rate of formation martensite in the steel with low C 、Mn 、Cr and Ni contents.Moreiover ,the deformation at room temperature in 2creased the tendency of thermally induced martensite transformation in steel with low C 、Mn 、Cr and Ni contents ,which give rise to low precision of components and brittlement in the steels used in low temperature.K ey w ords :304stainless steel ;strain 2induced ;martensite transformation ;tensile properties 奥氏体不锈钢组织是亚稳定的,在变形过程中 发生应变诱发相变,相变产物为ε马氏体(hcp )和α马氏体(bcc ),其中ε马氏体仅在应变较小时形成, 随应变的累积ε马氏体逐步消失,与此同时α′ 马氏体量持续增加,目前已在较宽的化学成分范围内,研 究了应变诱发α′ 马氏体对加工硬化、塑性成形能力等力学行为的影响[1～3],由于这些研究不是针对某一种奥氏体不锈钢进行的,因此研究结果的适用性受到了限制,因此迫切需要针对某一种钢在允许的 范围内变化成分时,应变诱发α′ 马氏体相变倾向、以及对力学行为的影响进行研究,以提高研究结果的实用性。为此本文根据A ISI304钢标准冶炼了3炉钢,将C 、Mn 、Cr 和Ni 分别控制在上、中和下限,通 过室温和液氮温度拉伸,对应变诱发α′ 马氏体相变 倾向,以及对拉伸力学性能的影响进行了系统研究。 1 材料与试验方法 3炉试验钢用50kg 真空感应炉冶炼,将将C 、 Mn 、Cr 和Ni 分别控制在上、中和下限,称为A 、B 和C 钢,其化学成分见表1。冶炼后浇铸成40kg 的坯料。经锻造、热轧后再冷轧成2mm ×110mm ×L mm 板材。从板材上纵向切取标距为10mm ×40mm 的板拉伸试样,试样经过固溶处理(1050℃×30min 水冷)。将固溶处理后的拉伸试样分为2组, 第一组拉伸试样分别在室温和液氮温度(-196℃)下,在M TS 2880拉伸试验机上拉伸,夹头速度为2 mm /min ,除测定力学性能外,将若干个试样拉伸到一定应变后中断,工程应变分别控制在0.06、0.12、0.18和0.24附近,以研究微观组织在应变累积过
马氏体相变机理研究进展 摘要：马氏体应用在钢的强化，现今多数的结构钢件还是以淬火得到马氏体、再进行回火，产生马氏体的目的为强化，可应用在工程实用中，对马氏体的研究变得越来越受关注。 关键字：马氏体；相变；形核； 1 引言：马氏体最初是在钢中发现的：将钢加热到一定温度后经迅速冷却，得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。是碳在ɑ-Fe中过饱和固溶体，为体心正方结构。1895年法国人奥斯蒙为纪念德国冶金学家马滕斯，把这种组织命名为马氏体。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。 2.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10cm·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，新相（马氏体）承袭了母相的化学成分和原子序态。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，且原子位移导致点阵应变，这种切变位移不但使母相点阵结构改变，而且有形状变化。由于马氏体相变时原子规则发生位移，使新相和母相之间始终保持一定的位向关系。在铁基 合金中由体心立方马氏体时具有著名的K-S关系（111)r//(011)M、 [101]r//[111]M。必须有足够的奥氏体过冷度才能产生点阵切变，形成马氏体。 转变开始温度定义为Ms，碳和置换合金元素增加奥氏体的切变抗力，降低Ms。中碳钢中合金元素与Ms的关系式为如下： Ms=539-423C-30.4Mn-12.1Cr-17.7Ni-7.5Mo。在一般合金的马氏体相变中，马氏体形成量只是温度的函数，即随着温度的下降，马氏体的形成量增大，称为变温马氏体，而随着时间的延长，马氏体形成量增多，称为等温马氏体。 2.1马氏体相变特征： 1）无扩散型过程：1930年在已发现高碳型马氏体（包括含高Ni～30%Ni 的Fe-Ni）形成很快，称为快速型马氏体，以后由电阻测定并以示波器显示，一片马氏体在（0.5～5）×10-7S形成，相当于形成速率为1100m/s,在80～250K
1铁素体，奥氏体，马氏体是钢在不同温度下，或是不同处理使得存在形式，首先碳溶在铁中若含量极少，小于0.0218%，在较低温度时就会形成铁素体，碳含量增加的话就会存在铁素体和渗碳体，铁素体和渗碳体机械混合结构和成珠光体，将碳含量小于0.77%的铁加热到727摄氏度以上就会变成奥氏体，奥氏体与铁素体的不同是结构不一样，奥氏体是面形立方，铁素体是体心立方，将奥氏体以极快的速度冷却，它就不能变为低温下的铁素体和渗碳体混合结构，因为碳原子无法扩散，直接就切变成体心立方的马氏体，马氏体是碳过饱和溶于体心立方的铁中，之所以研究这些东西，在于这些结构的性质不同，如，铁素体有好的塑形，但是非常软，马氏体是很硬的，但塑形不怎么样，一般淬火得到的就是马氏体，2正火得到珠光体组织，淬火是将奥氏体变化为马氏体，回火是将马氏体变为铁素体。 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。 3铁素体，奥氏体都有很好的塑性,韧性,珠光体有较高的综合机械性能;莱氏体\渗碳体都是脆性的,硬度高,耐磨性好;索氏体较珠光体有更高的综合机械性能;马氏体分2种:低碳M有很高的强韧性,高碳M有更高的耐磨性;屈氏体较索氏体的层片间距更小,屈服强度更高,弹性更好. 4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。 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——铁碳合金中共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——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——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
五评马氏体相变的切变学说 ——唯象“理论”的误区 刘宗昌，计云萍，任慧平 （内蒙古科技大学材料与冶金学院，内蒙古包头014010） 摘要：研究马氏体相变晶体学具有重要理论意义。本文简述并评价了唯象学说，指出：（1）以贝茵应变使母相转变为 马氏体，缺乏热力学可能性，贝茵应变B作为计算数据，不可靠；（2）马氏体浮凸是相变体积变化所致，与切变无关，浮凸普遍为帐篷型（∧），矩阵计算式中的形状应变F与马氏体相变晶体学没有直接的联系；（3）点阵不变切变缺乏热 力学可能性，在实际的马氏体相变中不存在简单切变（S）。同样，刚性转动也是虚构的；（4）唯象学说基本上与马氏 体相变实际不符，应予摈弃。 关键词：唯象学说；马氏体相变；切变；贝茵应变；浮凸；矩阵式 中图号： The Fifth Commentary on Shear Theory of Martensite Phase Transformation ——Mistaken Ideas of Phenomenological Theory LIU Zong-chang, JI Yun-ping，REN Hui-ping （Material and Metallurgy School, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010, Inner Mongolia， China） Abstract: It is significant theoretically to study the crystallography of martensite phase transformation. The phenomenological theory was briefly described and evaluated. The proposed viewpoints are as follows. (1) The transformation from austenite to martensite through the Bain strain lacks of the thermodynamics possibility, moreover, it is unreliable to use the Bain strain (B) as the calculating data. (2) The surface relief of martensite, which is generally in tent (∧) type, results from the bulk expansion during martensite phase transformation and has nothing to do with the shear. The shape strain (F) in the matrix calculation formula is not directly relevant to the crystallography of martensite phase transformation. (3) The lattice invariance shear is short of the thermodynamic feasibility. No simple shear (S) exists in the actual martensite phase transformation, similarly, the rigid rotation is imaginary. (4) The phenomenological theory doesn't conform to the reality of martensite phase transformation and should be abandoned. Key words: Phenomenological theory; martensite phase transformation; shear; Bain strain; surface relief; matrix 20世纪50年代前期由M. S. Wechsler等(w-L-R)[1]和J.S.Bowles等(B-N)[2]分别独立地提出了马氏 体相变晶体学的唯象“理论”：W-L-R学说和B-M学说。这两个学说基本上等价，即两者的出发点和 推理过程相近，该学说被认为是材料科学中为数不多的定量学说。由于唯象学说，或称表象学学说， 与实际基本上不符，理论上也欠妥当，故不能称为理论，称其为学说（或假说）较为合适。该学说经 过多年的修改仍不成熟，与实际相差甚远[3～5]。本文从试验和理论上对该学说进行了分析并指出其误区。 内蒙古自治区科技引导计划项目（20071911） 作者简介：刘宗昌，（1940～），男，汉族，河北玉田人，内蒙古科技大学教授。从事相变理论和热处理技术研究。发表论文260余篇，出版专著和高等院校教材14部。 E－mail：lzchang75@https://www.doczj.com/doc/ce11443281.html,
1. 材料强化的类型：主要有晶界强化、固溶强化、位错强化、沉淀强化和 弥散强化、相变强化等。 2. 强化机制： (1) 晶界强化： 晶界分为大角度晶界(位向差大于10o)和小角度晶界(亚晶界，位向差1~2o)。晶界 两边相邻晶粒的位向和亚晶块的原子排列位向存在位向差，处于原子排列不规则的畸 变状态。晶界处位错密度较大，对金属滑移(塑性变形)、位错运动起阻碍作用，即晶界 处对塑性变形的抗力较晶内为大，使晶粒变形时的滑移带不能穿越晶界，裂纹穿越也 困难。因此，当晶粒越细，晶界越多，表现阻碍作用也越大，此时金属的屈服强度也 越高。 方法： 根据晶界强化的原理，在热处理工艺方法上发展了采用超细化热处理的新工艺，即细化奥氏体(A)晶粒 或碳化物相，使晶粒度细化到十级以上。由于超细化作用，使晶界面积增大，从而对金属塑性变形的抗力 增加，反映在力学性能方面其金属强韧性大大提高。 如果奥氏体晶粒细化在十级以上，则金属的强韧性将大大提高，为达此目的，现代发展的热处理新技 术方法有以下三种。 ①利用极高加热速度的能量密度进行快速加热的热处理。 由于极高的加热能量密度，使加热速度大大提高，在10-2 ~1s 的时间内，钢件便可加热到奥氏体(A)状 态，此时A 的起始晶粒度很小，继之以自冷淬火(冷速达104 ℃/s 以上)，可得极细的马氏体(M)组织，与一 般高频淬火比较硬度可高出Hv50，而变形只有高频淬火的1/4~1/5，寿命可提高1.2~4倍。 ②利用奥氏体(A)的逆转变 钢件加热到 A 后，淬火成M，然后快速(20s)内重新加热到 A 状态，如此反复3~4 次，晶粒可细化到 13~14级。 ③采用A-F两相区交替加淬火 采用亚温淬火(F+A 双相区加热)，在提高材料强韧性的同时显著降低临界脆化温度，抑制回火脆性。 在A-F两相区交替加热，可使A/F相界面积大大增加，因而使奥氏体形核率大大增多，晶粒也就越细化。 (2) 固溶强化： 是利用金属材料内部点缺陷(间隙原子置换原子)对金属基体(溶剂金属) 进行强化。它分为两类：间隙式固溶强化和置换式固溶强化。 a. 间隙式固溶强化：原子直径很小的元素如C、N、O、B 等，作为溶质元素溶入 溶剂金属时，形成间隙式固溶体。C、N 等间隙原子在基体中与“位错”产生弹性 交互作用，当进入刃型位错附近并沿位错线呈统计分布，形成“柯氏气团”。当在螺 型位错应力场作用下，C、N 原子在位错线附近有规则排列就形成“snock”气团。 7这些在位错附近形成的“气团”对位错的移动起阻碍和钉扎作用，对金属基体产生 强化效应。
金属材料的强化方法 金属材料的强化途径，主要有以下几个方面； (1)结晶强化。结晶强化就是通过控制结晶条件，在凝固结晶以后获得良好的宏观组织和显微组织，从而提高金属材料的性能。它包括： 1)细化晶粒。细化晶粒可以使金属组织中包含较多的晶界，由于晶界具有阻碍滑移变形作用，因而可使金属料得到强化。同时也改善了韧性，这是其它强化机制不可能做到的。 2)提纯强化。在浇注过程中，把液态金属充分地提纯，尽量减少夹杂物，能显著提高固态金属的性能。夹杂物对金属材料的性能有很大的影响。在损坏的构件中，常可发现有大量的夹杂物。采用真空冶炼等方法，可以获得高纯度的金属材料。 (2)形变强化。金属材料经冷加工塑性变形可以提高其强度。这是由于材料在塑性变形后位错运动的阻力增加所致。 (3)固溶强化．通过合金化（加入合金元素）组成固溶体，使金属材料得到强化称为固溶强化。 (4)相变强化。含金化的金属材料，通过热处理等手段发生固态相变，获得需要的组织结构．使金属材料得到强化，称为相变强化。相变强化可以分为两类： 1)沉淀强化（或称弥散强化）。在金属材料中能形成稳定化合物的合金元素，在一定条件下，使之生成的第二相化合物从固溶体中沉淀析出，弥散地分布在组织中，从而有效地提高材料的强度，通常析出的合金化合物是碳化物相。在低合金钢（低合金结构钢和低合金热强钢）中，沉淀相主要是各种碳化物，大致可分为三类。一是立方晶系，如TiC、V4C3．NbC 等，二是六方晶系，如M02、W2C、wc等，三是正菱形，如Fe3C。对低合金热强钢高温强化最有效的是体心立方晶系的碳化物。 2）马氏体强化。金属材料经过淬火和随后同火的热处理工艺后，可获得马氏体组织，使材料强化。但是，马氏体强化只能适用于在不太高的温度下工作的元件，工作于高温条件下的元件不能采用这种强化方法。 (5)晶界强化。晶界部位的自由能较高，而且存在着大量的缺陷和空穴，在低温时，晶界阻碍了位错的运动，因而晶界强度高于晶粒本身：世在高温时，沿晶界的扩散速度比晶内扩敞速度大得多，晶界强度显著降低。因此强化品界对提高钢的热强性是很有效的。硼对晶界的强化作用，足由于硼偏集于晶界上，使晶界区域的品格缺位和空穴减少，晶界自由能降低；B还减缓了合金元素沿晶界的扩放过程；硼能使沿晶界的析出物降低，改善了晶界状态，加入微量硼、锆或硼+锆能延迟晶界上的裂纹形成过程；此外，它们还有利于碳化物相的稳定。 (6)综合强化。在实际生产上，强化金属材料大都是同时采用几种强化方法的综合强化，以充分发挥强化能力。例如： 1)固溶强化十形变强化，常用于固溶体系合金的强化。 2)结晶强化+沉淀强化，用于铸件强化。 3)马氏体强化+表面形变强化。对一些承受疲劳裁荷的构件，常存调质处理后再进行喷丸或滚压处理。 4)固溶强化+沉淀强化。对于高温承压元件常采用这种方法，以提高材料的高温性能。有时还采用硼的强化晶界作用．进一步提高材料的高温强度。
马氏体转变概述 摘要：钢经奥氏体化后快速冷却，抑制其扩散性分解，在较低的温度下发生的无扩散型相变为马氏体转变。马氏体转变是钢件热处理强化的主要手段。因此，马氏体转变的理论研究与热处理生产实践有着十分密切的关系。本文简略介绍了碳钢中的马氏体转变的定义、机理、研究过程、和技术运用情况[1]。 1 马氏体转变的特点及定义 1.1 马氏体相变是无扩散型相变 因为相变前后化学成分不变，新相(马氏体)和母相(奥氏体)碳的质量分数相同，只是晶格结构由面心立方晶格转变成了体心立方晶格而且马氏体相变可以在-196℃到-296℃低温下进行，这样低的温度原子扩散极困难，所以相变不可能以扩散方式进行，因此马氏体相变过程中，原子有规则移动，原来相邻的原子相变以后仍然相邻，原子不发生扩散就可以发生马氏体相变[2]。 1.2 切变共格和表面浮凸现象 人们早就发现，在高碳钢样品中产生马氏体转变之后，在其磨光的表面上出现倾动，形成表面浮凸。这个现象说明转变和母相的宏观切变有着密切关系。马氏体形成是以切变的方式实现的，同时马氏体和奥氏体之间界面上的原子是共有的，既属于马氏体，又属于奥氏体，而且整个相界面是互相牵制的，这种界面称为“切变共格”界面[3]。 1.3 马氏体转变是在一个温度范围内形成 就马氏体相变而言，不但在快冷的变温过程中有马氏体相变，而且在等温过程中，也有等温马氏体产生，如Fe - Ni26 - Cu3 合金所能发生等温马氏体相变，但钢的马氏体相变是在一个温度范围内形成的[4]。 当奥氏体被冷却到Ms点以下任一温度时，不需经过孕育，转变立即开始，转变速度极快，但转变很快就停止了，不能进行到终了，为了使转变继续进行，必须降低温度，也就是说马氏体是在不断降温条件下才能形成。这是因为在高温下母相奥氏体中某些与晶体缺陷有关的有利位置，通过能量起伏和结构起伏，预先形成了具有马氏体结构的微区。这些微区随温度降低而被冻结到低温，在这些微区里存在一些粒子，这些粒子在没有成为可以长大成马氏体的晶核以前我们叫它核胚。从高温冻结下来的核胚有大有小，从经典的相变理论可知：冷却达到的
马氏体与贝氏体的鉴别 王元瑞（上海材料研究所检测中心，200437） 1 马氏体组织形态 是一种非扩散型相变，是提高钢的硬度、强度的主要途径。 1.1板条状马氏体（低碳马氏体）： 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组织。 亚结构是位错（又称位错马氏体），其形态特征见表1。 1.2片状马氏体（针状马氏体或高碳马氏体）： 常见淬火高、中碳钢，高镍的Fe-Ni合金中。 亚结构是孪晶，其形态特征见表1。 表1 铁碳合金马氏体类型及其特征 特征板条状马氏体片状马氏体 形成温度 Ms＞350℃ Ms≈200~100℃ Ms＜100℃ ＜0.3 1~1.4 合金成分 （C%）0.3~1时为混合型 1.4~2 组织形态板条自奥氏体晶界向晶内平行成 群，板条宽度0.1~0.2μ，长度＜ 10μ，一个奥氏体晶粒内包含几个 （3~5）板条群，板条体之间为小 角晶界，板条群之间为大角晶界凸透镜片状（或针状），中间稍厚，初 生者较厚较长，横贯整个奥氏体晶粒， 次生者尺寸较小，片与片之间互成角 度排列。在初生片与奥氏体晶界之间， 片间交角较大，互相撞击，形成显微 裂纹 同左，片的中央 有中脊。在两个 出生片之间常 见到“Z”字形分 布的细薄片 1.3其它马氏体形态： 1.3.1蝶状马氏体：在Fe-Ni合金中当马氏体在某一温度范围内形成时会出现，形状为细 长杆状，断面呈蝴蝶形，亚结构为高密度位错，看不到孪晶。 1.3.2薄片状马氏体：是在Ms点极低的Fe-Ni-C合金中发现的。呈非常细的带状，带互相 交叉、呈现曲折、分叉等特异形态，由孪晶组成的孪晶型马氏体。 1.3.3ε马氏体：在Fe-Mn合金中，当Mn超过15%时，淬火后形成ε马氏体，它是密排六方 结构。金相形态呈极薄的片状。 2 贝氏体组织形态 贝氏体是过饱和铁素体和渗碳体组成的两相混合物。 2.1上贝氏体（B上）：是成束的大致平行的条状铁素体和间夹有相平行的渗碳体所组成的非层状组织。亚结构是位错。形成温度在贝氏体转变区的上部。 中、高碳钢350~550℃，低碳钢温度要高些。 光学显微镜下：看到成束的自晶界向晶内生长的铁素体条，整体看呈羽毛状，分辨不清条间
铁素体和奥氏体的区别 钢的组织和特性?铁是钢的基本组成元素。铁在固态有两种晶体结构，一是体心立方结构（存在于两个温度范围内，?912?℃?以上称?α? 铁，?1394?℃?以上称?δ?铁）；另一是面心立方结构（存在 于?912?～?1394?℃?之间，称?γ?铁）。碳是钢中另一主要元素，对钢的组织和性能起重要作用，通常随着含碳量的增加，钢的强度增加、塑性下降。碳在钢中主要有两种存在形式，一是溶入铁中与铁形成固溶体（两种以上化学组分互相溶解而形成的均匀固相）；另一是与铁形成铁碳化合物，称渗碳体（?Fe?3C?），其硬度高、脆性大。碳溶于?α?铁中形成的固溶体称铁素体；溶于?γ?铁中形成的固溶体称奥氏体，其最大溶解度为??％。钢在冷却过程中，过饱和的奥氏体将发生分解，形成铁素体和渗碳体。铁素体和渗碳体组成的呈片状相间排列的混合物称珠光体。一般碳素钢在室温下的金相组织由铁素体、珠光体和渗碳体组成? 铁素体是碳溶解在a－Fe中的间隙固溶体，常用符号F表示。 不锈钢中的“铁素体”,指的是碳溶解在a－Fe中的间隙固溶体，其溶碳能力很小，常温下仅能溶解为％的碳，在727℃时最大的溶碳能力为％, 它仍保持的体心立方晶格.常用符号F表示。
由于铁素体含碳量很低，其 c:\iknow\docshare\data\cur_work\&aid=6148&sid=&click=1&url=http:的是在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。它的含铬量在11%~30%，具有体心立方晶体结构,至于不锈钢含铁量与它是否是铁素体不锈钢并无关系.铁素体不锈钢只取决于在使用状态下，它是否以铁素体组织为主. 铁素体有磁性. 在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。含铬量在11%~30%，具有体心立方晶体结构。这类钢一般不含镍，有时还含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素，这类钢具导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等c:\iknow\docshare\data\cur_work\&aid=6025&sid=&click=1&url=http:727℃1148℃727℃是奥氏体不锈钢的三大元素之一（碳、铬、镍）。镍在奥氏体不锈钢中的作用是与碳紧密结合（不锈钢含碳量越大越容易生锈，为了使奥氏体不锈钢既具有强度又不容易生锈，就需要控制碳的含量，而镍正好弥补这一缺陷），增加其强度及硬度。因为镍抗磁性元素，所以奥氏体不锈钢是没有磁性的。因为铁素体不锈钢主要用于加工装饰方面，需具有良好的塑性与韧性，所以它只含极少量的镍元素，因而它是有磁性的。B. 因为马氏体和铁素体的内部电子都有规则的排列;决定磁性的关键因素是排列规则的电子有规律的运动.而镍正好破坏了电子间这种有规则的排列。 为什么不锈钢不生锈铬具有耐腐蚀性。奥氏体不锈钢、马氏体和铁素体不锈钢都含有12%——30%的铬元素，所以它们不生锈。
影响奥氏体形成因素 奥氏体的形成是通过形核与长大过程进行的，整个过程受原子扩散所控制。因此凡是影响扩散、影响形核与长大的一切因素，都会影响奥氏体的形成速度。链轮高频淬火就是形成奥氏体然后淬火马氏体，最后形成回火马氏体的一个过程，所以研究奥氏体的形成因素，对高频淬火及后续的检验分析淬火马氏体（出现铁素体的量的多少）的等级有本质的关系。 一加热温度和保温时间 上图描述了珠光体向奥氏体的转变过程，将共析钢试样迅速加热到Ac1以上各个不同温度保温，记录各个温度下珠光体向奥氏体转变开始、铁素体消失、渗碳体全部溶解和奥氏体成分均匀化所需要的时间，绘制转变温度和时间坐标如图。 分析图，在Ac1以上某一温度保温时，奥氏体并不立即出现，而是保温一段时间后才开始形成，这段时间称为孕育期。这是由于形成奥氏体晶核需要原子的扩散，而扩散需要一定
的时间。随着加热温度的提高，原子扩散速率急剧加快，相变驱动力ΔGv迅速增加以及奥氏体中碳的浓度梯度显著增大，使奥氏体的形核率和长大速度大大增加，故转变的孕育期和转变完成所需要时间也显著缩短，即奥氏体的形成速度越快。在影响奥氏体形成速度的诸多因素中，温度的作用最为显著。因此，控制奥氏体的形成温度至关重要。在较低的温度（在Ac1线上某一温度）长时间加热和较高温度下短时间加热都可以得到相同的奥氏体状态。 在生产中，连续加热过程中，奥氏体等温转变的基本规律不变。 如图，在不同的加热速度（v1、v2），可以观察出连续加热条件下奥氏体形成的基本规律。加热速度越快，孕育期越短，奥氏体开始转变的温度和转变的终了温度越高，转变终了所需要的时间越短。加热速度越慢，转变将在较低温度下进行。 二原始组织的影响 钢的原始组织为片状珠光体时，铁素体和渗碳体组织越细，相界面越多，奥氏体的形核越多，晶核长大越快，因此，加速奥氏体的形成。如共析钢的原始组织为淬火马氏体、正火索氏体等非平衡组织时，则等温奥氏体化曲线如下图： 不同原始组织共析钢等温奥氏体曲线。1淬火太 2正火态 3球化退火态 每组曲线的左边一条是转变开始线，右边一条是转变终了线，奥氏体化最快的是淬火状态的钢，其次是正火态的钢，最慢的是球化退火态的钢。原因分析：淬火态钢在A1点以上升温过程中已经分解为微细的片状珠光体，组织最为弥散，相界面最多，最利于奥氏体的形核和长大，所以转变最快。正火态的细片珠光体，相界面也多，所以转变也很快。球化退火态的粒状珠光体，相界面最少，因此，奥氏体化最慢。 三化学成分的影响 因为我们链轮用的是45钢，所以这条对我们链轮意义不大，不过可应用到其他领域。