[科普中国]-板条马氏体

板条马氏体是指含碳量低的奥氏体形成的马氏体。它主要形成于含碳量较低的钢中，又称低碳马氏体。又因其形成于200℃以上的较高温度，故又称高温马氏体；此外，因其体内含有大量位错，这些位错分布不均匀，形成胞状亚结构，称为位错胞，因此，板条马氏体又称位错马氏体。

板条马氏体是铁基合金中有代表性的马氏体之一。一般形成于低中碳钢 (含碳约0.5%以下)。在光学显微镜下呈板条状，平行成束分布。

简介板条马氏体是铁基合金中有代表性的马氏体之一。一般形成于低中碳钢(含碳约0.5%以下)。在光学显微镜下呈板条状，平行成束分布。在一个奥氏体晶粒中可能形成几块不同位向的板条马氏体。板条马氏体的立体形态，目前认为有两种：①横截面为椭圆形，呈扁平条状；②横截面为矩形，呈薄板状。马氏体的亚结构主要由高密度缠结的位错所组成，位错密度一般为(0.3～0.9)×1012/cm2。所以板条马氏体又称为位错马氏体。有时马氏体板条内部可能存在一定量的细小挛晶。1

形态特征在光学显微镜下观察，条状马氏体的主要形态特征为：呈束状排列。近于平行而长度几乎相等的条状马氏体组成一束，或称为马氏体“领域”（即板条群）。

板条群的尺寸约为20～35μm，由若干个尺寸大致相同的板条在空间位向大致平行排列所作组成，在原奥氏体的一颗晶粒内，可以发现几团马氏体束（即几个板条群，常为3～5个，每一个板条为一个马氏体单晶体，其尺寸约为0.5μm× 5.0μm ×20μm），马氏体板条具有平直界面，界面近似平行于奥氏体的{111}γ，即惯习面，相同惯习面的马氏体板条平行排列构成马氏体板条群。现已确定，这些稠密的马氏体板条多被连续的高度变形的残余奥氏体薄膜（约为20nm）所隔开，且板条间残余奥氏体薄膜的碳含量较高，在室温下很稳定，对钢的机械性能会产生显著影响。

马氏体束与束之间以大角度相界面分开，一般为60°或120°角，马氏体束不超越原奥氏体晶界。同束中的马氏体条间以小角度晶界面分开。每束内还会有黑白色调反差，同一色调区的板条具有相同位向，称之为同向板条区。

条状马氏体的空间形态是一种截面呈椭园状的长柱体，长约几微米，宽在0.025～2.25μm之间（多为0.10～0.20μm），其长、宽、厚之比约为30：7：1。先形成的板条较宽，后形成的则较窄。
条状马氏体形成之后，碳原子仍有一定扩散能力在位错线上偏聚，析出碳化物粒子，这种现象称为条状马氏体的自回火现象。2

板条马氏体的韧化超高强度钢淬火后得到高密度位错的板条马氏体组织。众所周知，马氏体的韧性主要取决于它的亚结构，位错马氏体具有良好的韧性，位错的聚集合并及其与其他显微缺陷的相互作用是金属产生微裂纹及微裂纹扩展的重要原因，抑制裂纹形核、长大与扩展可使金属韧化。

一般认为，化学成分相同，位错马氏体与孪晶马氏体的强化效果相当，而位错马氏体具有较高的韧性。其原因可能是位错马氏体的板条尺寸很小，类似于非常细的晶粒，可阻止裂纹的传播；而孪晶片状马氏体的厚度较大，且内部孪晶取向相同，类似于粗大的晶粒，因此使韧性变坏。另外，位错马氏体板条之间残留的奥氏体塑性良好，因此改善了钢的韧性。

大多数热处理钢所出现的板条状马氏体呈非常细小的组织，其条宽约为0.2μm，条状马氏体是由许多相同结晶取向的晶粒互相连接产生的。这些板条汇合起来的边界形成倾角很小的晶界。这种特殊排列板条集团形成的区域称为块和束，而块和束是支配钢强韧性的基本组织单位。因此在论述板条状组织细化时，必须论述马氏体束和块的细化。

马氏体时效不锈钢固溶(奥氏体化)后，发生马氏体向奥氏体的逆相变，逆相变的奥氏体相含有高密度的位错，在高温下会发生奥氏体再结晶。由来自再结晶状态的奥氏体生成板条马氏体，这和形变热处理的效果是一样的，马氏体的块很细小。与通常的固溶处理材料相比，马氏体时效不锈钢的强度和韧性都得到了改善。

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所