馬氏體是什麼怎麼產生?

General 更新 2023年10月15日

馬氏體形成有何特點？

常見馬氏體組織有兩種類型。中低碳鋼淬火獲得板條狀馬氏體，板條狀馬氏體是由許多束尺寸大致相同，近似平行排列的細板條組成的組織，各束板條之間角度比較大；高碳鋼淬火獲得針狀馬氏體，針狀馬氏體呈竹葉或凸透鏡狀，針葉一般限制在原奧氏體晶粒之內，針葉之間互成60°或120°角。

馬氏體轉變同樣是在一定溫度範圍內（Ms-Mz）連續進行的，當溫度達到Ms點以下，立即有部分奧氏體轉變為馬氏體。板條狀馬氏體有很高的強度和硬度，較好的韌性，能承受一定程度的冷加工；針狀馬氏體又硬又脆，無塑性變形能力。馬氏體轉變速度極快，轉變時體積產生膨脹，在鋼絲內部形成很大的內應力，所以淬火後的鋼絲需要及時回火，防止應力開裂。

形態特徵

馬氏體的三維組織形態通常有片狀(plate)或者板條狀(lath)，片狀馬氏體在金相觀察中（二維）通常表現為針狀（needle-shaped），這也是為什麼在一些地方通常描述為針狀、竹葉狀的原因，板條狀馬氏體在金相觀察中為細長的條狀或板狀。奧氏體中含碳量≥1%的鋼淬火後，馬氏體形態為片狀馬氏體，當奧氏體中含碳量≤0.2%的鋼淬火後，馬氏體形狀基本為板條馬氏體。馬氏體的晶體結構為體心四方結構（BCT）。中高碳鋼中加速冷卻通常能夠獲得這種組織。高的強度和硬度是鋼中馬氏體的主要特徵之一，同時馬氏體的脆性也比較高。

相變特徵和機制：馬氏體相變具有熱效應和體積效應，相變過程是形核和長大的過程。但核心如何形成，又如何長大，目前尚無完整的模型。馬氏體長大速率一般較大，有的甚至高達10cm/s。人們推想母相中的晶體缺陷（如位錯）的組態對馬氏體形核具有影響，但目前實驗技術還無法觀察到相界面上位錯的組態，因此對馬氏體相變的過程，尚不能窺其全貌。其特徵可概括如下：

馬氏體相變是無擴散相變之一，相變時沒有穿越界面的原子無規行走或順序跳躍，因而新相（馬氏體）承襲了母相的化學成分、原子序態和晶體缺陷。馬氏體相變時原子有規則地保持其相鄰原子間的相對關係進行位移，這種位移是切變式的（圖1切變式位移示意）。原子位移的結果產生點陣應變(或形變)（圖2 原子位移產生點陣應變）。這種切變位移不但使母相點陣結構改變，而且產生宏觀的形狀改變。將一個拋光試樣的表面先劃上一條直線，如圖3a馬氏體相變時的形狀改變中的PQRS，若試樣中一部分(A□B□C□D□-A□B□C□D□)發生馬氏體相變(形成馬氏體),則PQRS直線就折成PQ、QR□及R□S□三段相連的直線，兩相界面的平面A□B□C□D□及A□B□C□D□保持無應變、不轉動，稱慣習（析）面。這種形狀改變稱為不變平面應變（圖3 馬氏體相變時的形狀改變）。形狀改變使先經拋光的試樣表面形成浮突。由圖4 高碳鋼中馬氏體的表面浮突×600可見，高碳鋼馬氏體的表面浮突，它可由圖5表面浮突示意示意，可見馬氏體形成時，與馬氏體相交的表面上發生傾動，在干涉顯微鏡下可見到浮突的高度以及完整尖銳的邊緣（圖6Co-30.5Ni合金形成六方馬氏體時產生的表面浮突干涉圖像）。

馬氏體的慣習（析）面馬氏體相變時在一定的母相面上形成新相馬氏體，這個面稱為慣習（析）面，它往往不是簡單的指數面，如鎳鋼中馬氏體在奧氏體(γ)的{135}上最先形成（圖7 Fe-25Ni-0.3V-0.3C鋼中的馬氏體及其周圍的奧氏體）。馬氏體形成時和母相的界面上存在大的應變。為了部分地減低這種應變能，會發生輔助的變形，使界面改變如圖7Fe-25Ni-0.3V-0.3C鋼中的馬氏體及其周圍的奧氏體中由{135}變為{224}面。圖7Fe-25Ni-0.3V-0.3C鋼中的馬......

什麼叫做馬氏體？

馬氏體轉變是一類非擴散型的固態相變，其轉變產物（馬氏體）通常為亞穩相。馬氏體名稱是源自鋼中加熱至奧氏體（Y固溶體）後快速淬火所形成的高硬度的針片狀組織，為紀念冶金學家Martens而命名。馬氏體轉變的主要特點是無擴散過程，原子協同作小範圍位移，以類似於孿生的切變方式形成亞穩態的新相（馬氏體），新舊相化學成分不變並具有共格關係。目前已得知，不僅在鋼中，在其他一些合金系，以及純金屬和陶瓷材料中都可有馬氏體轉變，故其含義已是廣泛了。

馬氏體形成與不形成起決定性作用的是什麼

只要把奧氏體冷卻到MS點以下，是必然發生馬氏體轉變的，從這個角度來看，是不是發生馬氏體轉變有兩個條件： 1，有沒有過冷的奧氏體，2，是不是冷到MS點溫度以下。兩個條件都滿足就必然發生馬氏體轉變另外，馬氏體轉變是不完全轉變，沒有可能得到完全沒有殘奧的全馬組織。那麼馬氏體量的多少取決於什麼呢？ 1，MS點以上的冷速。讓我們打開C曲線（或者看下我的頭像;P ），從高溫奧氏體區將材料冷卻下來，有3種情況，冷速大於臨界冷速Vc, 不會碰到C曲線的鼻尖部位，完全避免珠光體轉變發生，在MS點附近全部是過冷奧氏體，冷到MS點以下，發生馬氏體轉變。第二種情況是冷速略低於Vc,部分奧氏體在已經發生珠光體轉變，還有部分奧氏體保留，這部分保留的奧氏體在MS點溫度以下，繼續轉變成馬氏體。第三種情況是冷速更慢，慢到幾乎完全完成珠光體轉變，再冷到MS以下的話，由於過冷奧氏體的含量已經很低很低，自然也沒有什麼馬氏體了。就最終得到馬氏體量而言，當然第一種情況大於第二種，第二種大於第三種了。 2，假定現在討論第一種情況，冷到MS點前沒有發生珠光體轉變，全部都是過冷奧氏體組織，此時觸到什麼溫度是影響馬氏體量最重要因素。我們知道鋼有MS點和MF點，如果你把材料冷到MF點以下，就是最大程度得到馬氏體量，但一般情況下淬火是把材料冷到MS和MF點之間的一個溫度，此時冷卻溫度越接近MF點，馬氏體量越多。至於你前面說到的形變影響馬氏體量，原因是在於形變能夠提高MS和MF點，那樣你冷到同樣溫度可以得到更多馬氏體，更少殘奧。與此正相反的是碳、氮等合金元素對MS和MF點的影響，碳含量越高，MS點越低，冷到同樣的溫度下，馬氏體量越少，殘奧量越大。

馬氏體的形成性能

馬氏體由奧氏體急速冷卻（淬火）形成，這種情況下奧氏體中固溶的碳原子沒有時間擴散出晶胞。當奧氏體到達馬氏體轉變溫度（Ms）時，馬氏體轉變開始產生，母相奧氏體組織開始不穩定。在Ms以下某溫度保持不變時，少部分的奧氏體組織迅速轉變，但不會繼續。只有當溫度進一步降低，更多的奧氏體才轉變為馬氏體。最後，溫度到達馬氏體轉變結束溫度Mf，馬氏體轉變結束。馬氏體還可以在壓力作用下形成，這種方法通常用在硬化陶瓷上（氧化釔、氧化鋯）和特殊的鋼種（高強度、高延展性的鋼）。因此，馬氏體轉變可以通過熱量和壓力兩種方法進行。馬氏體和奧氏體的不同在於，馬氏體是體心正方結構，奧氏體是面心立方結構。奧氏體向馬氏體轉變僅需很少的能量，因為這種轉變是無擴散位移型的，僅僅是迅速和微小的原子重排。馬氏體的密度低於奧氏體，所以轉變後體積會膨脹。相對於轉變帶來的體積改變，這種變化引起的切應力、拉應力更需要重視。馬氏體在Fe-C相圖中沒有出現，因為它不是一種平衡組織。平衡組織的形成需要很慢的冷卻速度和足夠時間的擴散，而馬氏體是在非常快的冷卻速度下形成的。由於化學反應（向平衡態轉變）溫度高時會加快，馬氏體在加熱情況下很容易分解。這個過程叫做回火。在某些合金中，加入合金元素會減少這種馬氏體分解。比如，加入合金元素鎢，形成碳化物強化機體。由於淬火過程難以控制，很多淬火工藝通過淬火後獲得過量的馬氏體，然後通過回火去減少馬氏體含量，直到獲得合適的組織，從而達到性能要求。馬氏體太多將使鋼變脆，馬氏體太少會使鋼變軟。性能眾所周知，馬氏體是強化鋼件的重要手段，而且一般認為，馬氏體是一種硬而脆的組織，尤其是高碳片狀馬氏體。要想提高淬火鋼的塑性和韌性，必須用提高回火溫度的方法，犧牲部分強度而換取韌性，就是說強度和塑性很難兼得。但是近年來的研究工作表明，這種觀點只是適用於片狀馬氏體，而板條狀馬氏體不是這樣，板條狀馬氏體不但具有很高的強度而且具有良好的塑性和韌性，同時還具有低的脆性轉變溫度，其缺口敏感性和過載敏感性都較低。馬氏體的硬度和強度鋼中馬氏體機械性能的顯著特點是具有高硬度和高強度。馬氏體的硬度主要取決於馬氏體的含碳質量分數。馬氏體的硬度隨質量分數的增加而升高，當含碳質量分數達到0.6%時，淬火鋼硬度接近最大值，含碳質量分數進一步增加，雖然馬氏體的硬度會有所提高，但由於殘餘奧氏體數量增加，反而使鋼的硬度有所下降。合金元素對鋼的硬度關係不大，但可以提高其強度。　　馬氏體具有高硬度和高強度的原因是多方面的，其中主要包括固溶強化、相變強化、時效強化以及晶界強化等。　　(1)固溶強化。首先是碳對馬氏體的固溶強化。過飽的間隙原子碳在a相晶格中造成晶格的正方畸變，形成一個強烈的應力場。該應力場與位錯發生強烈的交換作用，阻礙位錯的運動從而提高馬氏體的硬度和強度。　　(2)相變強化。其次是相變強化。馬氏體轉變時，在晶格內造成晶格缺陷密度很高的亞結構，如板條馬氏體中高密度的位錯、片狀馬氏體中的孿晶等，這些缺陷都阻礙位錯的運動，使得馬氏體強化。這就是所謂的相變強化。實驗證明，無碳馬氏體的屈服強度約為284Mpa,此值與形變強化鐵素體的屈服強度很接近，而退火狀態鐵素體的屈服強度僅為98~137Mpa，這就說明相變強化使屈服強度提高了147~186MPa　　(3)時效強化。時效強化也是一個重要的強化因素。馬氏體形成以後，由於一般鋼的點Ms大都處在室溫以上，因此在淬火過程中及在室溫停留時，或在外力作用下，都會發生自回火。即碳原子和合金元素的原子向位錯及其它晶體缺陷處擴散偏聚或碳化物的彌散析出，釘軋位錯，使位錯難以運動......

什麼叫馬氏體不鏽鋼?作用是什麼？

馬氏體不鏽鋼

標準的馬氏體不鏽鋼是：403、410、414、416、416(Se)、420、431、440A、440B和440C型，這些鋼材的耐腐蝕性來自“鉻”，其範圍是從11.5至18%，鉻含量愈高的鋼材需碳含量愈高，以確保在熱處理期間馬氏體的形成，上述三種440型不鏽鋼很少被考慮做為需要焊接的應用，且440穿成份的熔填金屬不易取得。

馬氏體不鏽鋼能在退火、硬化和硬化與回火的狀態下焊接，無論鋼材的原先狀態如何，經過焊接後都會在鄰近焊道處產生一硬化的馬氏體區，熱影響區的硬度主要是取決於母材金屬的碳含量，當硬度增加時，則韌性減少，且此區域變成較易產生龜裂、預熱和控制層間溫度，是避免龜裂的最有效方法，為得最佳的性質，需焊後熱處理。

馬氏體不鏽鋼是一類可以通過熱處理（淬火、回火）對其性能進行調整的不鏽鋼，通俗地講，是一類可硬化的不鏽鋼。這種特性決定了這類鋼必須具備兩個基本條件：一是在平衡相圖中必須有奧氏體相區存在，在該區域溫度範圍內進行長時間加熱，使碳化物固溶到鋼中之後，進行淬火形成馬氏體，也就是化學成分必須控制在γ或γ+α相區，二是要使合金形成耐腐蝕和氧化的鈍化膜，鉻含量必須在10.5%以上。按合金元素的差別，可分為馬氏體鉻不鏽鋼和馬氏體鉻鎳不鏽鋼。

馬氏體不鏽鋼具備高強度和耐蝕性，可以用來製造機器零件如蒸汽渦輪的葉片（1Cr13）、蒸汽裝備的軸和拉桿（2Cr13），以及在腐蝕介質中工作的零件如活門、螺栓等（4Cr13）。碳含量較高的鋼號（4Cr13、9Cr18）則適用於製造醫療器械、餐刀、測量用具、彈簧等。

馬氏體不鏽鋼與調製鋼一樣，可以使用淬火、回火及退火處理。其力學性質與調製鋼也相似：當硬度升高時，抗拉強度及屈服強度升高，而伸長率、截面收縮率及衝擊功則隨著降低。

馬氏體不鏽鋼的耐蝕性主要取決於鉻含量，而鋼中的碳由於與鉻形成穩定的碳化鉻，又間接的影響了鋼的耐蝕性。因此在13%Cr鋼中，碳含量越低，則耐蝕性越高。而在1Cr13、2Cr13、3Cr13及4Cr13四種鋼中，其耐蝕性與強度的順序恰好相反。

馬氏體與奧氏體有什麼不同？

馬氏體和奧氏體都是鋼在熱處理過程中的一種組織形態，奧氏體的代號：γ ，面心立方結構，碳在γ-Fe中的間隙固溶體，最大溶碳量2.11%（1148°C）。共析成分的奧氏體快速（冷速大於淬火臨界冷速）過冷到馬氏體轉變區內，發生馬氏體轉變，在馬氏體轉變過程中，只發生鐵的晶格重構，鐵和碳原子不發生擴散，不產生濃度變化，僅由面心立方晶格變成體心立方晶格，故馬氏體與奧氏體具有同樣的化學成分。但是，由於馬氏體是碳在α-Fe中的過飽和固溶體，故強度和硬度很高。馬氏體可以是鋼在正常室溫下的一種組織形態，但奧氏體只是加熱過程中的一種組織形態，以不同的速度降溫，可得到不同的組織形態，並不是只有馬氏體一種。馬氏體有硬度，而奧氏體因為是熱態下的形態，所以奧氏體沒有硬度。