马氏体转变的晶体学.docx

马氏体转变的晶体学（一）马氏体的晶体结构1、马氏体的晶格类型Fe-C合金的马氏体是C在中的过饱和间隙固溶体X- 射线衍射分析证实，马氏体具有体心正方点阵（点阵常数之 间的关系为：a=b#c, a =0 =y =90° c/a-称为正方度）人 们通过X-射线衍射分析法，测定不同碳含量马氏体的点阵常 数，得出c、a及c/a与钢中碳含量成线性关系，由图7可见, 随钢中碳含量升高，马氏体点阵常数c增大，a减小，正方 度c/a增大图中a为奥氏体的点阵常数马氏体的点阵常Y数和钢中碳含量的关系也可用下列公式表示：c = a +ap0a = a — Bp >0c / a = 1+YP式中a0为a -Fe的点阵常数，a°=2.861A；a =0.116 ±0.002；0 =0.113 ±0.002；Y =0.046 ±0.001；p —马氏体的碳含量（重量百分数）显然，系数a和0的数值确定着C原子在a -Fe点阵中引起图8奥氏体a）与马氏体b）的点阵结构及溶于其中的碳原子所在的位置的局部畸变上式所表示的马氏体点阵常数和碳含量的关系，长期 以来，曾为大量研究工作所证实，并且发现这种关系对合金 钢也是适用的。

马氏体的正方度c/a，甚至已被成功地作为马 氏体碳含量定量分析的依据2、碳原子在马氏体点阵中的位置及分布C原子在中a -Fe可能存在的位置是铁原子构成体心立 方点阵的八面体间隙位置中心在单胞中就是各边中央和面 心位置，如图8所示体心立方点阵的八面体间隙是一扁八 面体，其长轴为込a，短轴为c根据计算，a -Fe中的这个 间隙在短轴方向上的半径仅0.19A，而C原子的有效半径为第三亚点阵 第二亚点阵 第一亚点阵a) b'i图9 C原子在马氏体点阵中的可能位置构成的亚点阵0.77A因此，在平衡状态下，C在a -Fe中的溶解度极小 (0.006%)一般钢中马氏体的碳含量远远超过这个数值因此，势必引起点阵发生畸变图9中只指出了C原子可能 占据的位置，而并非所有位置上都有C原子存在这些位置 可以分为三组，每组构成一个八面体，C原子分别占据着这 些八面体的顶点，通常把这三种结构称之为亚点阵图中a) 称为第三亚点阵，C原子在c轴上；b)称为第二亚点阵，C 原子在b轴上；c)称为第一亚点阵，C原子在a轴上；如果 C原子在三个亚点阵上分布的机率相等，即无序分布，则马 氏体应为立方点阵事实上，马氏体点阵是体心立方的，可 见C原子在三个亚点阵上的分布机率是不相等的，可能优先 占据其中某一个亚点阵，而呈现为有序分布。

通常假设马氏体点阵中的C原子优先占据八面体间隙位 置的第三亚点阵，即C原子平行于［001］方向排列结果使c 轴伸长，a轴缩短，使体心立方点阵的a-Fe变成体心正方点 阵的马氏体，研究表明，并不是所有的C原子都占据第三亚 点阵的位置，通过中子辐照分析的结论是近80%的C原子优 先占据第三亚点阵，而20%的C原子分布其他两个亚点阵， 即在马氏体中，C原子呈部分有序分布二）马氏体的异常正方度人们研究马氏体时发现，对许多钢中“新形成的马氏 体”正方度与碳含量的关系并不符合上述公式有的与公 式相比较，正方度相当低，称为异常低正方度有的与公式 相比较，正方度相当高，称为异常高正方度异常低正方度 马氏体的点阵是正交对称的，即a#bo而异常高正方度马氏 体的点阵是正方的，即a=b并且发现异常正方度与公式计 算的正方度的偏着随钢C含量升高而增大人们由此推测， 马氏体的异常正方度现象可能与C原子在马氏体点阵中的某 种行为有关在普通碳钢新形成的马氏体中及其他具有异常低正方 度的新形成马氏体中，C原子也都是部分无序分布的正方 度越低，则无序分布程度越大，有序分布程度越小只有异 常高正方度马氏体中，C原子才接近全部占据八面体间隙的 第三亚点阵。

但是，计算发现，即使全部C原子占据第三亚 点阵，马氏体的正方度也不能达到实验中所测得的异常正方 度因此，有人认为，在某些钢中马氏体的异常正方度还与 合金元素的有序分布有关按上述模型，我们不难解释，具有异常低正方度的新形 成马氏体，因其C原子是部分无序分布的，因而正方度异常 低正因为部分无序分布，所以有相当数量的碳原子分布在 第一、第二亚点阵上，当它们在这两个亚点阵上的分布机率 不等时，必引起aHb，而形成了正交点阵在温度回升到室 温时，C原子重新分布，有序程度增大，故正方度增大，而 正交对称性逐渐减小，以至消失因此，新形成马氏体的正 方度变化，是C原子在马氏体点阵中重新分布引起的这个 过程就是C原子在马氏体点阵中的有序-无序转变这个转 变的动力是C原子只在八面体间隙位置的一个亚点阵上分布 时具有最小的弹性能这与理论计算结果符合近几年发现经中子流、电子流、-射线辐照的马氏体有正 方度的可逆变化辐照后，正方度下降，随后在室温时效几 个月，正方度复又上升这种可逆变化可以被认为是C原子 有序-无序转变过程存在的有力证明马氏体经辐照后，由于 缺陷密度升高，使C原子发生重新分布，部分C原子离开第 三亚点阵向点阵缺陷处偏聚，因而正方度下降。

时效时，由 于点阵缺陷的密度下降，C原子又逐渐回到第三亚点阵上， 因此正方度又逐渐上升三）惯习面与位向关系图10马氏体惯习示意图1、惯习面马氏体晶粒的外形可以有多种形态, 或呈透镜片状，或呈板条状实验证明, 马氏体转变不仅新相和母相的一定的 位向关系，而且马氏体的平面或界面常 常和母相点阵的某一晶面接近平行，其差在几度之内，我们 称这个面为惯习面，并且以平行惯习面的母相晶面指数来表 示，如图10所示此惯习面即前面所说的马氏体转变的不 变平面对于透镜片状马氏体来说，即马氏体片的中脊面钢中马氏体的惯习面随奥氏体的碳含量及马氏体的形成温 度而异，常见的有三种：（111） 、（225） 、（259）含碳Y Y Y量小于0.6%时，为（111）；含碳量在0.6〜1.4%之间，为（225）Y；含碳量高于1.4%时，为（259）随马氏体形成温度下Y Y降，惯习面有向高指数变化的趋势，故对同一成分的钢，也 可能出现两种惯习面，如先形成的马氏体惯习面（225）为,Y而后形成的马氏体惯习面为（259）S关系、西山关系和G—T关系图11钢中马氏体在奥氏体（111） 面上形成时可能有的取向(1) K—S关系(库尔久莫夫和萨克斯关系)库尔久莫夫和萨克斯用X-射线结构分析方法测得含1.4%碳的碳钢中的马氏体与奥氏体之间存在着下列位向关 系，称为K—S关系。

｛110｝ #｛111｝ <111> 〃<110>a / y a / y按照这样的位向关系，马氏体在母相中可以有24个不 同的取向如图11所示，在每个｛111｝面上，马氏体可能Y有六种不同的取向，而立方点阵中有四个不同的｛111｝，因Y此共有24个可能的取向2)西山(Nishiyama)关系图12钢中马氏体在(111) 丫面上形成 时可能有的三种不同的西山取向西山在测定Ni30%的Fe-Ni合金 中的马氏体与奥氏体之间的位向关 系时发现，在室温以上形成的马氏体 与奥氏体之间存在K—S关系，而在 -70以下形成的马氏体与奥氏体之间 存在以下的位向关系，称为西山关 系:｛110｝ #｛111｝ <110> 〃<112>a / y a / y在奥氏体的每个｛111｝上，各有三个不同的<112>方向在每个方向上，马氏体只可能有一个取向，故每个｛111｝面 y上只能有三个不同的马氏体取向，四个｛111｝面共有12个可 y能的马氏体取向，如图12所示图13是西山关系和K—S关系的比较可以看出，晶面图13西山关系与K—S关系的比较的平行关系相同，而平行方向却有516,之差3) G—T (Greniger Troiano)关系(格伦宁格 特赖雅诺)Greniger 和 Troiano 精确测量了 Fe-0.8%C-22%Ni 合金的 奥氏体与马氏体的位向，结果得出，二者之间的位向接近K —S关系，但略有偏差，称为G—T关系：{110} #{111}差 1。

<111> 〃<110> 差 2°a / y a / y。