麻田散鐵

麻田散鐵（英語：marquensite, martensite），是一種馬氏體合金。現在馬氏體型相變的產物統稱為“馬氏體”。

馬氏體，若母相元素為鐵，則可稱為馬氏體。其為純金屬或合金從某一固相轉變成另一固相時的產物；在轉變過程中，原子不擴散，化學成分不改變，但晶格發生變化，同時新舊相間維持一定的位向關係並且具有切變共格的特徵。

基本介紹

• 中文名：麻田散鐵
• 外文名： marquensite, martensite
• 釋義：碳在α-Fe中的過飽和固溶體
• 提出者：德國冶金學家阿道夫·馬登斯
• 特徵：高的強度和硬度

簡介

麻田散鐵 [má tián sàn tiě]

[機] marquensite, martensite

馬氏體合金

在顯微鏡下看起來它的結構更像雪地上的稻草， 但是比鋼更加堅硬，很適合用來製作物體的刃部，

麻田散鐵在顯微鏡下的圖像

日本高級武士刀多用此來做刃部。

馬氏體的開始和終止溫度，分別稱為M_S點和M_F點；鋼中的馬氏體在顯微鏡下常呈針狀，並伴有未經轉變的奧氏體（殘留奧氏體）；鋼中的馬氏體的硬度隨碳量增加而增高；高碳鋼的馬氏體的硬度高而脆，而低碳鋼的馬氏體具有較高的韌性。

它通常是指鋼的一種很硬的晶體結構，但也可指任何由位移相變形成的晶體結構。它包括一類具有條狀或板狀晶粒的硬礦物。

在較低碳含量的碳鋼中，馬氏體由於內部差排的堆積，呈現局部板狀馬氏體；而在較高碳含量的碳鋼，則會產生平行雙晶的片狀馬氏體。

發展歷史

19世紀90年代最先由德國冶金學家阿道夫·馬滕斯（Adolf Martens，1850-1914）於在一種硬礦物中發現。馬氏體最初是在鋼（中、高碳鋼）中發現的：將鋼加熱到一定溫度（形成奧氏體）後經迅速冷卻（淬火），得到的能使鋼變硬、增強的一種淬火組織。1895年法國人奧斯蒙（F.Osmond）為紀念德國冶金學家馬滕斯（A.Martens），把這種組織命名為馬氏體(Martensite)。人們最早只把鋼中由奧氏體轉變為馬氏體的相變稱為馬氏體相變。20世紀以來，對鋼中馬氏體相變的特徵累積了較多的知識，又相繼發現在某些純金屬和合金中也具有馬氏體相變，如：Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。目前廣泛地把基本特徵屬馬氏體相變型的相變產物統稱為馬氏體（見固態相變）。

形態特徵

馬氏體的三維組織形態通常有片狀(plate)或者板條狀(lath)，片狀馬氏體在金相觀察中（二維）通常表現為針狀（needle-shaped），這也是為什麼在一些地方通常描述為針狀、竹葉狀的原因，板條狀馬氏體在金相觀察中為細長的條狀或板狀。奧氏體中含碳量≥1%的鋼淬火後，馬氏體形態為針片狀馬氏體，當奧氏體中含碳量≤0.2%的鋼淬火後，馬氏體形狀基本為板條馬氏體。馬氏體的晶體結構為體心四方結構（BCT）。中高碳鋼中加速冷卻通常能夠獲得這種組織。高的強度和硬度是鋼中馬氏體的主要特徵之一，同時馬氏體的脆性也比較高。

形成性能

馬氏體由奧氏體急速冷卻（淬火）形成，這種情況下奧氏體中固溶的碳原子沒有時間擴散出晶胞。當奧氏體到達馬氏體轉變溫度（Ms）時，馬氏體轉變開始產生，母相奧氏體組織開始不穩定。在Ms以下某溫度保持不變時，少部分的奧氏體組織迅速轉變，但不會繼續。只有當溫度進一步降低，更多的奧氏體才轉變為馬氏體。最後，溫度到達馬氏體轉變結束溫度Mf，馬氏體轉變結束。馬氏體還可以在壓力作用下形成，這種方法通常用在硬化陶瓷上（氧化釔、氧化鋯）和特殊的鋼種（高強度、高延展性的鋼）。因此，馬氏體轉變可以通過熱量和壓力兩種方法進行。

馬氏體和奧氏體的不同在於，馬氏體是體心正方結構，奧氏體是面心立方結構。奧氏體向馬氏體轉變僅需很少的能量，因為這種轉變是無擴散位移型的，僅僅是迅速和微小的原子重排。馬氏體的密度低於奧氏體，所以轉變後體積會膨脹。相對於轉變帶來的體積改變，這種變化引起的切應力、拉應力更需要重視。

馬氏體在Fe-C相圖中沒有出現，因為它不是一種平衡組織。平衡組織的形成需要很慢的冷卻速度和足夠時間的擴散，而馬氏體是在非常快的冷卻速度下形成的。由於化學反應（向平衡態轉變）溫度高時會加快，馬氏體在加熱情況下很容易分解。這個過程叫做回火。在某些合金中，加入合金元素會減少這種馬氏體分解。比如，加入合金元素鎢，形成碳化物強化機體。由於淬火過程難以控制，很多淬火工藝通過淬火後獲得過量的馬氏體，然後通過回火去減少馬氏體含量，直到獲得合適的組織，從而達到性能要求。馬氏體太多將使鋼變脆，馬氏體太少會使鋼變軟。