鋼中馬氏體(martensite in steel)是鋼經(jīng)馬氏體轉(zhuǎn)變形成的產(chǎn)物。絕大多數(shù)工業(yè)用鋼中馬氏體屬于鐵碳馬氏體，是碳在體心立方結(jié)構(gòu)鐵中的過(guò)飽和固溶體。

正文

鐵碳合金的奧氏體具有很寬的碳含量范圍，所形成的馬氏體在晶體學(xué)特性、亞結(jié)構(gòu)和金相形貌方面差別很大。

晶體結(jié)構(gòu) 低碳馬氏體為體心立方結(jié)構(gòu)，中、高碳為體心正方結(jié)構(gòu)。碳原子的固溶為間隙式，處于八面體間隙之中。如圖1A中×號(hào)所示，三坐標(biāo)方向的面心位置是具有代表性的三種八面體間隙中心，構(gòu)成了體心晶格中的三套亞點(diǎn)陣，分別以1/2[001]、1/2[010]、1/2[100]表示，每單位晶胞中有六個(gè)八面體間隙分屬這三套亞點(diǎn)陣。體心立方晶格的八面體是非等軸的，以1/2[001]八面體(圖1B)為例，間隙在[001]方向(圖1的c方向)的尺寸不但小于[110]，即圖1B水平正方形的對(duì)角線(xiàn)方向的尺寸，而且也小于碳原子直徑。碳原子的溶入將增加c方向的原子間距，由于彈性效應(yīng)，a,b方向的間隙將略為縮小。碳原子在馬氏體中并非均勻地分配在三套亞點(diǎn)陣中，而是選擇其中一套，因此造成了晶格的正方性。馬氏體晶格常數(shù)c、a(b)與碳含量的關(guān)系見(jiàn)圖2。

對(duì)于低碳馬氏體，由于碳原子偏聚于位錯(cuò)線(xiàn)，形成位錯(cuò)氣團(tuán)(柯垂耳氣團(tuán))，故正方性消失，成為立方馬氏體。因而圖2中的曲線(xiàn)只對(duì)碳含量大于0．2%的合金有效。

馬氏體一奧氏體的晶體學(xué)關(guān)系 在母相奧氏體(γ )和形成相馬氏體(α’)的晶體位向間保持K—S關(guān)系，即(111)γ∥(011α’，[101]γ ∥[111]α；更精確的測(cè)定指出不同合金系的實(shí)際關(guān)系與上述存在一定偏差。如對(duì)于Fe—0.8C一22Ni合金，(111)γ和(011)α’之間夾角為1度，[101]γ 和[111]α‘間為2度。

慣習(xí)面指數(shù)按碳含量高低分為3種，20世紀(jì)40年代以前就已確定，低碳(立方)馬氏體為{111}γ，，中碳為{225}γ，高碳為{259}γ。60年代更精確的測(cè)定將低碳馬氏體慣習(xí)面指數(shù)修正為{557}γ。鐵碳馬氏體的正方性(c與a之比值)越低，則慣習(xí)面指數(shù)越趨于簡(jiǎn)單比，并有隨碳含量逐漸變化的趨勢(shì)，在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)混合型的慣習(xí)面。

微觀組織 光學(xué)金相顯微鏡觀察鐵碳馬氏體具有兩類(lèi)形貌，分別稱(chēng)為板條狀馬氏體和片狀馬氏體，如圖3、圖4所示。板條狀馬氏體為集束的板條，同一母相晶粒內(nèi)只形成少數(shù)幾個(gè)集束，呈現(xiàn)幾個(gè)區(qū)域，域內(nèi)各板條僅以小角度交界；而片狀馬氏體則為空間方位雜亂的餅狀，在磨面上為針狀。

透射電子顯微鏡觀察，與兩種金相形貌對(duì)照，馬氏體(板，片)內(nèi)部呈現(xiàn)兩類(lèi)亞結(jié)構(gòu)。低碳(板條)馬氏體為高密度的位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)，而高碳(片狀)馬氏體為極薄的孿晶片。故兩種馬氏體又分別稱(chēng)為位錯(cuò)馬氏體和孿晶馬氏體。

多數(shù)工業(yè)實(shí)用的鐵碳馬氏體并非單一的金相形貌和亞結(jié)構(gòu)，而是混合的。淬火態(tài)兩類(lèi)(板條——位錯(cuò)、片狀——孿晶)馬氏體的相對(duì)量可由圖5的數(shù)據(jù)估計(jì)。碳含量越高，馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)M。越低，則片狀——孿晶馬氏體量越多。當(dāng)碳含量超過(guò)0.6%時(shí)，片狀馬氏體量將超過(guò)50%(體積分?jǐn)?shù))。孿晶馬氏體的韌性低，它是高碳鋼淬火態(tài)脆性大的根本原因。