钢中马氏体的晶体结构探究

1.马氏体点阵常数和碳含量的关系

钢中的马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，具有体心正方点阵。通过X射线分析测定室温下不同碳含量马氏体的点阵常数，得出点阵常数c、a及c/a与钢中碳含量呈线性关系，如图15-23所示。随钢中碳含量升高，马氏体的点阵常数c增大，a减小，正方度c/a增大，图中ar为奥氏体的点阵常数。上述关系也可用下列公式表示为

式中，a0=2.861（α-Fe点阵常数）；α=0.116；β=0.013；γ=0.046；ρ为马氏体碳含量（重量百分数）。α和β的数值表示碳在α-Fe点阵中引起局部畸变的程度。

上述关系对合金钢也适用，并可通过测定c/a数值来确定马氏体的碳含量。

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图15-23　奥氏体和马氏体的点阵常数与碳含量的关系

图15-24　C原子在马氏体点阵中的可能位置

2.马氏体的点阵结构及其畸变

C原子在马氏体点阵中的可能位置是分布在α-Fe体心立方单胞的各棱边中央和面心位置，如图15-24所示。也可视为处于一个由Fe原子组成的扁八面体孔隙之中，扁八面体的长轴为，短轴为c，其几何形状如图中粗线所示。根据计算，这个扁八面体的孔隙在短轴方向上半径仅为0.19Å，而C原子有效半径为0.77Å。因此，在平衡状态下，C在α-Fe中的溶解度极小（0.006%）。而一般钢中马氏体的碳含量远远超过这个数值，所以引起点阵畸变。C原子溶入这个扁八面体孔隙后，力图使其变成正八面体，结果使短轴方向上Fe原子的间距伸长36%，而在另外两个方向上则收缩4%，从而使体心立方点阵变成体心正方点阵。由间隙C原子造成的这种非对称畸变称为畸变偶极，可视其为一个强烈的应力场，C原子就在这个应力场中心。