马氏体和回火马氏体的区别与应用

马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，是靠无扩散的奥氏体切变方式在钢中形成的相，是淬火钢的基本组织。碳落入八面体间隙位置，导致体心立方晶体结构的铁素体过饱和，使马氏体晶格产生正方性。马氏体的碳原子浓度越高，晶格的正方性（c/a）越大。

马氏体相变具有非热动力学性质，即形成的马氏体与转变时间无关，只是低于Ms温度（马氏体开始转变点）的过冷度的函数。淬火冷却到Tq温度，形成的马氏体体积分数f可用下式表示

f=1-exp-[0.011（Ms-Tq）]

Ms点是钢中碳和合金元素含量的函数。图3-24所示为Ms点和钢中碳含量的关系。随着碳含量的增加，Ms点降低，冷到室温的残留奥氏体增多。

图3-24 Ms点和钢中含碳量的关系(www.xing528.com)

在碳钢中可形成两种类型的马氏体。在低碳和中碳钢中形成条状马氏体。其中包括由细片构成的团块（束）或相互平行的板状晶体。在高碳钢中形成片状马氏体，由薄孪晶片和具有典型的低温塑性变形特征的位错列所构成。

淬火钢的组织中除马氏体外，通常尚有未转变的残留奥氏体。为降低钢相变残留应力、减少马氏体脆性和促使残留奥氏体转变，淬火钢尚须在各种温度下施行回火。在350°C以下马氏体会分解，自马氏体脱溶形成细小的片状ε碳化物（与马氏体共格的Fe_xC，大多数情况下是Fe₂C），马氏体碳浓度逐渐降低。此时的马氏体被称做回火马氏体，回火马氏体晶体具有淬火马氏体的原始形态，但其正方度和位错密度显著减小。回火马氏体碳含量取决于回火温度和时间，回火温度越高，马氏体（固溶体）中的碳含量越低（见图3-25）。

图3-25 共析钢[w（C）=0.8%]回火时的结构和相组成变化

回火时，马氏体正方度（c/a）逐渐减小，在300～350°C范围内回火马氏体的正方度趋近1，说明α固溶体（马氏体）的碳含量已接近平衡，但其晶格仍呈弹性扭曲状态，而结构上的缺陷（如位错等）密度仍然相当高。马氏体的分解还伴随着比容的降低。钢中的合金元素对150°C以下的回火几乎没有影响，Cr、Mo、W、V、Ti和Si在较高温度时强烈阻碍马氏体分解和碳化物的析出、长大，此现象具有很大实际意义。碳素钢和低合金钢可以把高硬度保持到300～350°C，而高合金钢则可将此高硬度保持到450～500°C，甚至更高。