怎样用化学成分来鉴别马氏体不锈钢，奥氏体不锈钢或铁素体不锈钢？从其成分确定相应牌号？

马氏体不锈钢含Cr12-18%；铁素体不锈钢含Cr15-30%，铁素体不锈钢低碳 C含量《01%

低碳马氏体不锈钢1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13

高碳马氏体9Cr18 含碳09% Cr18%

铁素体常用Cr含量17%、21%、25%、28%

奥氏体不锈钢含Ni、Cr、Mn 、N

例如304 奥氏体不锈钢、国标牌号0Cr18Ni9 Cr18% Ni9%

具体可以查不锈钢手册

主要判定元素为Cr、Ni、C含量

马氏体时效不锈钢是由低碳马氏体相变强化和时效强化两种强化效应叠加的高强度不锈钢,是20 世纪60 年代后期发展起来的新钢类。它具有马氏体时效钢的全部优点,又具有马氏体时效钢所不具备的不锈性,同时还对沉淀硬化不锈钢的某些性能进研了改进。现已广泛应用于航空、航天、机械制造、原子能等重要领域。

近30 年来,马氏体时效不锈钢的开发和研究取得了很大的进步。上海秉争实业有限公司将从马氏体时效不锈钢的成分、性能、组织结构等多方面反映马氏体时效不锈钢目前的研究概况。

1 马氏体时效不锈钢的成分与性能

1961 年美国Carpenter Technology Co 研制了第一个含钴的Pyroment X-12 马氏体时效不锈钢,以后又先后开发了不含钴的Custom 450、Custom455 及X-15 、X-23 。此时期美国一些公司先后开发了AM363、Almar326、In736、PH13-8Mo 、UnimarCR 等。德国于1967、1971 年先后研制成功了Ul2trofort 401-403 等钢种。我国在上世纪70 年代也曾开展了一些马氏体时效不锈钢的研究工作。例如,研制了00Cr13Ni8Mo2NbTi。至20世纪末,我国已有10 多个马氏体时效不锈钢获得广泛应用。表1～表3 给出了目前典型马氏体时效不锈钢的化学成分和力学性能。

表1 国外典型马氏体时效不锈钢的化学成分/%

Table 1 Chemical compositions of overseas typical maraging stainless steels/%

钢种 C Cr Ni Co Mo Ti Al Cu 其它

Pyroment X-15 < 0030 1500 - 20 00 2 90 - - - -

Pyroment X-23 < 0030 1000 7 00 10 00 5 50 - - - -

Ultrofort 401 < 0020 1200 8 20 5 30 2 00 0 8 - - B、Zr

Ultrofort 402 < 0020 1250 7 60 5 40 4 20 0 5 0 05 - -

Ultrofort 403 < 0020 1100 7 70 9 00 4 50 0 4 0 15 - -

MNBI < 0030 1250 5 50 6 80 3 00 - - - -

MA-164 002 1250 4 5 12 5 5 0 - - - -

AM367 0025 14 3 5 15 5 2 0 4 - - -

PH13-8Mo 003 1275 8 2 - 2 2 - 1 10 - 0 005N

SUS630 002 16 3 9 - - - - 3 8 0 8Si ,0 8Mn ,0 2Nb

A steel 001 102 9 2 - 3 0 0 7 - - 1 5Si

NSSHT1770M 004 138 7 0 - 0 8 0 3 - 0 7 1 5Si

Custom 450 0035 149 6 5 - 0 8 - - 1 5 0 75Nb

Custom 455 003 1175 8 5 - - 1 2 - 2 25 0 30Nb

Almar 362 ≤003 145 6 5 - - 0 80 - - -

AM363 ≤005 1150 4 5 - - 0 40 - - -

11Cr9Ni2MoTi < 0015 11 9 - 2 1 2～1 6 - - B < 0 005

表2 国内典型马氏体时效不锈钢的化学成分/%

Table 2 Chemical compositions of domestic typical maraging stainless steels/%

钢种 C Cr Ni Nb Mo Si Mn 其它

00Cr14Ni6Mo2AlNb < 003 14 6 04～07 2 ≤0 5 ≤0 5 01～04Al

00Cr15Ni6Nb < 003 15 6 05～08 - ≤0 5 ≤0 5 -

10Cr-7Ni-10Co-5 5Mo 0004 10 7 - 5 5 - - 10 Co

12Cr-8Ni-Be < 003 117 8 - - - - 018Be

00Cr12Ni9Cu2TiNb < 003 12 9 02～03 - - - 微量RE 2Cu

12Cr5Ni2MnMoCu < 003 12 5 - - - - 2Mn

13Cr-25Co-5Mo < 003 13 - - 5 - - 25Co

表3 典型马氏体时效不锈钢的力学性能

Table 3 Mechanical properties of typical maraging stainless steels

钢种 拉伸强度/MPa 延伸率/% 硬度

SUS630 1430 12 HV 450

Croloy16-6PH 1310 15 HV 412

12-6PHX 1310 13 -

17-4PH 1310 14 HRC 42

15-5PH 1310 14 HRC 42

PH13-8Mo 1550 12 HRC 47

Custom 450 1350 14 HRC 42

Custom 455 1645 10 HRC 49

Pyroment X-15 1550 17 HV 484

NSSHT 1700M 1790 5 HV 530

A steel 1980 1 HV 587

AM 363 840 10 -

Almar 362 1330 13 -

Ultrofort 401 1700 11 -

MA-164 1830 14 7 -

00Cr12Ni9Cu2TiNb 2050 2 2 HV 558

12Cr5Ni2MnMoCu 1640 4 5 -

2 合金化

上海秉争实业有限公司马氏体时效不锈钢的合金化元素主要有三类,一类是与抗腐蚀性能有关的元素,如Cr ;一类是形成沉淀硬化相的强化元素,如Mo 、Cu、Ti 等;一类是平衡组织以保证钢中不出现或控制δ2铁素体元素,如Ni 、Mn、Co 等。

2 1 合金元素的作用

铬是不锈钢的主要合金元素,对耐蚀性起着决定作用。其耐蚀性按照nP8 规律作跃进式的突变,随着Cr 含量的增加,不锈钢在氧化性介质中耐腐蚀能力相应增加。Cr 能有效地提高钢的点蚀电位值,降低钢对点蚀的敏感性。当Cr与Mo 配合使用时,抗点蚀效果更好。Cr 是强铁素体形成元素和缩小奥氏体区元素,对于马氏体时效不锈钢来说,Cr 含量一般在10 5 %～18 %之间 。如果Cr含量过高,则固溶处理后将得不到全马氏体组织(含有部分铁素体组织) ,而铁素体的存在则会影响钢的热塑性,降低钢的强度并恶化钢的横向韧性和钢的耐蚀性。另一方面,Cr 是降低Ms 点元素,因此,Cr 含量一般控制在10 5 %～12 5 %。

同样,镍也是马氏体时效不锈钢中不可缺少的元素。镍是奥氏体相形成元素,扩大奥氏体稳定区,随钢中镍含量的提高,奥氏体相区向高Cr 方向移动,即钢中的Cr 可以提高而不至于形成单一的铁素体组织。为保证在815～1 100 之间的奥氏体结构在冷却到室温后完全转变为马氏体结构,在马氏体时效不锈钢中镍含量应在4 %～20 %,但镍同样会降低Ms 点,并且比Cr的作用还要强烈。如镍含量过多,Ms 点降低,冷

却时会导致残余奥氏体的形成,从而得不到全马氏体组织,使时效后的强度降低。因此,马氏体时效不锈钢中的镍含量一般控制在5 6 %～10 %,最高达12 %。

在马氏体时效钢中,钴虽固溶于基体中但并不形成金属间化合物,而与钼产生协作效应(synergistic effect) 。其作用在于减少钼在马氏体中的固溶度,从而促进含钼金属间化合物(如Ni3Mo 、Fe2Mo) 的析出; 另外,钴可以抑制马氏体中位错亚结构的回复,为随后的析出相形成提供出更多的形核位置,因而使析出相粒子更为细小而又分布均匀,减少析出相粒子间距。

在马氏体时效不锈钢中对强度、韧性和耐蚀性都有利的合金元素是钼。时效初期析出的富钼析出物,在强化的同时保持钢的韧性中起着重要作用 。马氏体时效钢中合金元素Mo 的存在,也可以阻止析出相沿原奥氏体晶界析出,从而避免了沿晶断裂、提高了断裂韧性。在某些还原性介质中,钼能促进Cr 的钝化作用。故钼能提高铬镍不锈钢在硫酸、盐酸、磷酸及有机酸中的耐蚀性,并有效地抑制氯离子的点腐蚀倾向,提高钢的抗晶间腐蚀能力。但过量添加钼同过量添加镍一样,也会生成残留奥氏体。在马氏体时效不锈钢中钼含量应控制在5 %以下。

铜是一种较弱的奥氏体形成元素。加入少量铜不致引起不锈钢组织的明显变化。在腐蚀介质中,含铜钢在氧化层下形成铜的富集层,它能阻止氧化铁继续向金属内部深入,故在马氏体时效不锈钢加入铜,能提高钢在盐酸和硫酸中的耐蚀性,加铜也能提高钢的耐应力腐蚀能力。但过多的铜含量会引起热加工时的铜脆。

在传统的马氏体时效钢中,Mn 一直是作为杂质元素而存在的,其含量受到了严格的控制( ≤01 %) 。不过,由于在Fe-Mn 系合金中,可以在较宽的冷却速度范围内形成板条或块状马氏体组织,所以Fe-Mn 合金也为时效强化提供了良好的基础。Mn 是扩大γ区的元素,在钢中Mn 的稳定奥氏体组织的能力仅次于Ni ,是强烈提高钢的淬透性元素。因此,在马氏体时效不锈钢中,Mn可以部分取代Ni 。但锰的加入会稍微降低铬量较低的不锈钢的耐蚀性能。当钢中含铬量足够高时(17 %Cr) ,锰对钢的耐蚀性并无有害影响。

铝通常是作为脱氧剂加入到钢中,是铁素体形成元素,促进铁素体形成能力约为铬的2 5～3倍。铝在马氏体时效不锈钢中的主要作用是时效强化作用。同时,加铝能在钢表面形成一层致密的氧化膜Al2O3 ,提高不锈钢抗氧化能力。

钛在马氏体时效不锈钢中常常使用。钛在马氏体时效不锈钢中是最有效的强化合金元素。适量的钛具有显著的时效强化作用。增加钛含量,降低不锈钢一般耐蚀性。在某些介质中使焊接件出现刀口腐蚀。

硅是强烈的强化铁素体元素。硅对提高铁基、镍基耐蚀合金在强氧化介质中的耐蚀性有明显作用。在高温下或在强氧化性介质中(如发烟硝酸) ,钢中加一定量的硅,可在表面形成一层富硅的表面层SiO2 ,从而使钢的抗氧化性或抗腐蚀能力显著提高。加硅对耐硫酸腐蚀也有一定作用。加硅还可以抑制不锈钢在氯离子介质中的点腐蚀倾向。但当含硅量高达4 %时,钢的脆性显著升高,而使工业使用发生困难。

将稀土元素加入不锈钢中,能提高马氏体时效不锈钢的抗腐蚀性能。但关于稀土元素对马氏体时效不锈钢的耐蚀性能的影响,目前研究还较少,需进一步研究。

上述合金元素相互之间有时会发生新的物理化学作用,往往会引起强化力学性能的作用。各种合金元素对马氏体时效不锈钢组织结构和性能的影响见表4。

表4 合金元素对马氏体时效不锈钢组织结构和性能的影响

Table 4 Effect of alloying elements on structure and properties of maraging stainless steel

合金 对组织结构的影响 对性能的影响

元素 形成铁素体 形成奥氏体 防止晶间腐蚀 增加耐腐蚀性 提高抗氧化性 提高高温强度 增强时效硬化 细化晶粒

铝

铬

钴

铌

铜

锰

钼

镍

硅

钽

钛

钨

注: ———作用较强; ———作用中等; ———作用较弱。

2 2 合金元素对不锈钢组织的影响

不锈钢中稳定奥氏体元素的作用居于主要方面时,不锈钢的组织就以奥氏体为主,很少以至没有铁素体;在不锈钢中所含稳定奥氏体元素镍、锰、铜的作用程度还不能使钢的奥氏体保持至室温时,不稳定的奥氏体在冷却时即发生马氏体转变,钢的组织则为马氏体;如果形成铁素体元素的作用成为主要方面的话,钢的组织则以铁素体为主,根据镍当量和铬当量可得出不锈钢组织图。各元素的镍或铬当量为 :

Ni当量= %Ni + %Co + 0 5 %Mn + 0 3 %Cu +25 %N + 30 %C (1)

Cr当量= %Cr + 2 %Si + 1 5 %Mo + 5 %V + 5 5 %Al +1 75 %Nb + 1 5 %Ti + 0 75 %W (2)

3 马氏体时效不锈钢的组织结构

3 1 马氏体

在正常化学成分和适宜热处理条件下,为了获得良好性能,马氏体时效不锈钢中的基体应为板条状马氏体。相邻的马氏体板条,基本上位向相同,而且相互之间是小倾角晶界接触;板条宽度约为0025~225μm。晶粒度对板条宽度和分布没有影响,而捆的大小则随着晶粒度增大有变大倾向。用透射电镜观察,其亚结构主要是由高密度位错所组成,位错密度为(03～09) ×1012 cm/cm3 。马氏体可以变温或等温形成;马氏体是体心立方结构,而且逆转变为奥氏体时,有很大的温度滞后,因而在较高温度时可以发生马氏体基体的沉淀;马氏体的硬度为HRC25 左右,具有很好的塑性和韧性。

3 2 残余奥氏体

为了使马氏体时效不锈钢具有优良的性能,希望钢的基体为马氏体组织,钢中残余奥氏体尽量少。这就需要严格控制钢的马氏体转变温度Ms 和适宜的铬当量和镍当量。对于马氏体时效不锈钢而言,利用(3) 式可计算出马氏体相变温度,精确度可达±40 ,利用Cr 、Ni 含量对Ms 温度影响来测定Ms 温度,其精确度可达±20 。利用式(1) 和(2) 以及Cr 、Ni 含量与Ms 的关系可计算出不含残余奥氏体和铁素体的马氏体时效不锈钢的化学成分。但是,就提高马氏体时效不锈钢的韧性而言,有少量残余奥氏体(包括逆转奥氏体) 是有益的。

Ms = 832 - 29 %Cr - 39 %Ni - 5 %Co -36 %Mo - 0 %Ti (3)

3 3 金属间相

上海秉争实业有限公司马氏体时效不锈钢在马氏体基体上析出细小、弥散的金属间化合物是使这类钢获得高性能的关键。研究表明,对于含Co 、Mo 的马氏体时效不锈钢,由于碳含量很低,故碳化物很少,在马氏体基体上主要有χ相,Laves 相、Fe2Mo 、Ni3 Ti 等金属间化合物析出。Ni3Mo 和Ni3 Ti 均呈细长的棒状,而Fe2Mo 和NiBe 则为球形。表5 给出了马氏体时效不锈钢的一些时效析出物。

表5 马氏体时效不锈钢的析出相

Table 5 Precipitate phases in maraging stainless steel

钢种 时效温度P 析出相

17-4PH 480～600 富Cuε相

AM367 427～510 χ相,Laves 相,Mo 化合物,Ti 化合物

Ultrofort401 500～550 χ相,Fe2Mo ,Ni3Ti

1RK91  475～550 Ni3 (Ti ,Al) ,R 相,Laves 相,R′相

0Cr12Ni5Mn2MoAlTi 480 NiTi ,Ni3 (Al 、Ti)

00Cr12Ni9Cu2TiNbBe 450～480 NiTi ,NiBe

4 马氏体时效不锈钢的发展趋向

(1) 降低钢中气体、夹杂物和有害元素含量,改进马氏体时效不锈钢组织结构的均匀性,提高现有钢种的强、韧性以及耐蚀性。

(2) 进一步研究晶粒超细化工艺。通过改善合金化、控制轧制及形变热处理,在析出强化的同时,充分发挥形变、相变和细晶强化的综合作用,提高钢的综合力学性能。

(3) 开发σ0 2 ≥1 200 MPa 耐海水腐蚀马氏体时效不锈钢,提高铬、钼等耐腐蚀元素的含量,进一步改善马氏体时效不锈钢的耐腐蚀性能。

(4) 无钴超高强度(σb ≥1 800 MPa) 马氏体时效不锈钢的开发及强韧化机理研究。

(5) 进一步研究高度弥散金属间化合物的形貌、组分、结构以及残留奥氏体的数量形貌、分布状态对马氏体时效不锈钢性能的影响。

(6) 稀土元素在马氏体时效不锈钢中作用机理研究。

5 上海秉争实业有限公司结束语

马氏体时效不锈钢具有比强度大、屈强比高、强韧兼备、弹性性能优异、耐蚀性和热稳定性好、热处理规范简便、加工成型性及焊接性能优良等优点,具有良好的发展前景。将高强度马氏体时效不锈钢发展至超高强度(σb ≥1 800 MPa) ,同时具有良好的塑韧性,在航空航天等领域存在着广泛的应用和需求前景。但从经济角度考虑,由于这类钢均含有较高的钴元素,因而价格较昂贵。对此,开展无钴超高强度马氏体时效不锈钢的研究以及稀土元素的添加对马氏体时效不锈钢腐蚀行为的影响研究,开展耐海水腐蚀马氏体时效不锈钢的应用与研究都有重要的意义。

问题一：什么叫做马氏体？ 马氏体转变是一类非扩散型的固态相变，其转变产物（马氏体）通常为亚稳相。马氏体名称是源自钢中加热至奥氏体（Y固溶体）后快速淬火所形成的高硬度的针片状组织，为纪念冶金学家Martens而命名。马氏体转变的主要特点是无扩散过程，原子协同作小范围位移，以类似于孪生的切变方式形成亚稳态的新相（马氏体），新旧相化学成分不变并具有共格关系。目前已得知，不仅在钢中，在其他一些合金系，以及纯金属和陶瓷材料中都可有马氏体转变，故其含义已是广泛了。

问题二：马氏体的组成类型 常见马氏体组织有两种类型。中低碳钢淬火获得板条状马氏体，板条状马氏体是由许多束尺寸大致相同，近似平行排列的细板条组成的组织，各束板条之间角度比较大；高碳钢淬火获得针状马氏体，针状马氏体呈竹叶或凸透镜状，针叶一般限制在原奥氏体晶粒之内，针叶之间互成60°或120°角。马氏体转变同样是在一定温度范围内（Ms-Mz）连续进行的，当温度达到Ms点以下，立即有部分奥氏体转变为马氏体。板条状马氏体有很高的强度和硬度，较好的韧性，能承受一定程度的冷加工；针状马氏体又硬又脆，无塑性变形能力。马氏体转变速度极快，转变时体积产生膨胀，在钢丝内部形成很大的内应力，所以淬火后的钢丝需要及时回火，防止应力开裂。

问题三：马氏体组织有哪几种基本类型？它们在形成条件、晶体结构、组织形态、性能有何特点？马氏体的硬度与含碳量 （1）两种，板条马氏体和片状马氏体。

（2）奥氏体转变后，所产生的M的形态取决于奥氏体中的含碳量，含碳量＜06%的为板条马氏体；含碳量在06―10%之间为板条和针状混合的马氏体；含碳量大于10%的为针状马氏体。低碳马氏体的晶体结构为体心立方。随含碳量增加，逐渐从体心立方向体心正方转变。含碳量较高的钢的晶体结构一般出现体心正方。低碳马氏体强而韧，而高碳马氏体硬而脆。这是因为低碳马氏体中含碳量较低，过饱和度较小，晶格畸变也较小，故具有良好的综合机械性能。随含碳量增加，马氏体的过饱和度增加，使塑性变形阻力增加，因而引起硬化和强化。当含碳量很高时，尽管马氏体的硬度和强度很高，但由于过饱和度太大，引起严重的晶格畸变和较大的内应力，致使高碳马氏体针叶内产生许多微裂纹，因而塑性和韧性显著降低。

（3）随着含碳量的增加，钢的硬度增加。

问题四：马氏体形成有何特点？ 常见马氏体组织有两种类型。中低碳钢淬火获得板条状马氏体，板条状马氏体是由许多束尺寸大致相同，近似平行排列的细板条组成的组织，各束板条之间角度比较大；高碳钢淬火获得针状马氏体，针状马氏体呈竹叶或凸透镜状，针叶一般限制在原奥氏体晶粒之内，针叶之间互成60°或120°角。

马氏体转变同样是在一定温度范围内（Ms-Mz）连续进行的，当温度达到Ms点以下，立即有部分奥氏体转变为马氏体。板条状马氏体有很高的强度和硬度，较好的韧性，能承受一定程度的冷加工；针状马氏体又硬又脆，无塑性变形能力。马氏体转变速度极快，转变时体积产生膨胀，在钢丝内部形成很大的内应力，所以淬火后的钢丝需要及时回火，防止应力开裂。

形态特征

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≤02%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。

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，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-305Ni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-03V-03C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-03V-03C钢中的马氏体及其周围的奥氏体中由{135}变为{224}面。图7Fe-25Ni-03V-03C钢中的马>>

问题五：马氏体组织的形态有哪些 最常见的是板条马氏体和片状马氏体。

板条马氏体：一般形成于低、中碳钢中（C%≤05），亚结构为位错，所以也叫位错马氏体。显微镜下观察其特征为由大致平行的各个半条束群构成。

片状马氏体：主要出现在中、高碳钢淬火组织中。亚结构为孪晶，所以也叫孪晶马氏体，显微特征为针片状。

除了上述两大类马氏体外，还有蝶状、箭状等特殊形态的马氏体

问题六：马氏体与奥氏体有什么不同？ 马氏体和奥氏体都是钢在热处理过程中的一种组织形态，奥氏体的代号：γ ，面心立方结构，碳在γ-Fe中的间隙固溶体，最大溶碳量211%（1148°C）。共析成分的奥氏体快速（冷速大于淬火临界冷速）过冷到马氏体转变区内，发生马氏体转变，在马氏体转变过程中，只发生铁的晶格重构，铁和碳原子不发生扩散，不产生浓度变化，仅由面心立方晶格变成体心立方晶格，故马氏体与奥氏体具有同样的化学成分。 但是，由于马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，故强度和硬度很高。 马氏体可以是钢在正常室温下的一种组织形态，但奥氏体只是加热过程中的一种组织形态，以不同的速度降温，可得到不同的组织形态，并不是只有马氏体一种。马氏体有硬度，而奥氏体因为是热态下的形态，所以奥氏体没有硬度。

问题七：马氏体的形成性能 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。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。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06%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，阻碍位错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位错、片状马氏体中的孪晶等，这些缺陷都阻碍位错的运动，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>>

由于马氏体时效钢不是靠碳的过饱和固溶或碳化物沉淀，而是靠某些合金元素在时效时产生金属间化合物析出而强化的，因此，钢中的碳，与硫，磷一样，为有害杂质元素。要求碳含量愈低愈好，一般不应超过003%(对于重要用途，应低于001%)。钢中主要合金元素为镍，钴，钼，钛，

铬和锰在马氏体时效钢中可用来部分代替镍和钴，在近期发展的无钴钢种中还用钨代钼或用钒代钴。硅为杂质元素，其含量不应超过01%。铝一一般是作为炼钢时的脱氧剂而加入的，其残余量在005%～02%范围。此外还可用硼、锆、钙、镁和稀土元素等进行微量元素处理，以改善钢的某些性能。

一、组织差别

1、马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT）；

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），板条状马氏体在金相观察中为细长的条状或板状；

2、贝氏体组织形态极为复杂；分上贝氏体、下贝氏体；

上贝氏体是在贝氏体转变温度区的上部(Bs～鼻温) 形成的，形貌各异，有羽毛状贝氏体、无碳贝氏体、粒状贝氏体等；

下贝氏体组织中也有无碳贝氏体和有碳贝氏体；

在高碳钢和高合金铬钼钢中易获得有碳化物贝氏体组织，在含有Si元素较多的钢中，其下贝氏体为无碳贝氏体；下贝氏体是在贝氏体相变温度区的下部( 贝氏体C曲线“鼻温”以下) 形成的；

呈条片状，或竹叶状，片间互相呈交角相遇；

3、珠光体其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替叠压的层状复相物，也称片状珠光体；在球化退火条件下，珠光体中的渗碳体也可呈粒状,这样的珠光体称为粒状珠光体；

二、性能差别

1、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06%时，淬火钢硬度接近最大值，含碳质量分数进一步增加；

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；

2、贝氏体在低温处理后，由于奥氏体在较低温度时强度逐渐增加和转变过程中自由能的变化使得生成的贝氏体铁素体板条只有30～65nm厚；

贝氏体铁素体中有多达03%的碳含量，随温度的不同，应力强度、抗拉强度、断裂韧性以及伸长率发生变化。应力强度高于12GPa，抗拉强度为177～22GPa，随着强度的增加，断裂韧性和伸长率有所下降；

3、珠光体的性能介于铁素体和渗碳体之间，强韧性较好。其抗拉强度为750 ~900MPa，180 ~280HBS，伸长率为20 ~25%，冲击功为24 ~32J。

力学性能介于铁素体与渗碳体之间，强度较高，硬度适中，塑性和韧性较好σb=770MPa，180HBS，δ=20%~35%，AKU=24~32J)；

珠光体的机械性能介于铁素体和渗碳体之间，强度、硬度适中，并不脆，这是因为珠光体中的渗碳体量比铁素体量少得多的缘故。

扩展资料：

马氏体不锈钢：

马氏体不锈钢是一类可以通过热处理（淬火、回火）对其性能进行调整的不锈钢，通俗地讲，是一类可硬化的不锈钢。

这种特性决定了这类钢必须具备两个基本条件：

一是在平衡相图中必须有奥氏体相区存在，在该区域温度范围内进行长时间加热，使碳化物固溶到钢中之后，进行淬火形成马氏体，也就是化学成分必须控制在γ或γ+α相区；

二是要使合金形成耐腐蚀和氧化的钝化膜，铬含量必须在105%以上。

按合金元素的差别，可分为马氏体铬不锈钢和马氏体铬镍不锈钢。

——马氏体

——贝氏体

——珠光体

马氏体、奥氏体都是钢铁冶炼形成晶核的形态，跟是否不锈没关系。不锈钢是因为在钢中参入一定含量的铬、镍等金属。 试试钢还是铁，有人用磁铁吸，没吸力的是不锈钢。 含铅量也跟是否不锈钢没关系，即使所谓307不锈钢，也有合格不合格之分。食品用材料要看是否有铅砷汞镉的溶出（在水、酒精、醋、己烷这四种溶剂中），中国这方面的标准不严，没见过工商质监的强制执行。