● 摘要
人类文明进入铁器时代以来，钢铁一直是最重要的金属结构材料。伴随着钢铁在现代工业中的大规模应用，改善和提高钢铁的力学性能成为冶金和材料科学家的重要目标。很久以前人们就已经知道，通过加热和快速冷却获得马氏体组织(马氏体相变)是实现钢铁材料强化的重要途径。马氏体相变属于一级相变，原子协同运动使得母相奥氏体转变为马氏体，相变过程具有非扩散特性。由于发生马氏体相变材料的多样性(钢铁、有色金属、金属间化合物和陶瓷等)以及马氏体相变的复杂性，到目前为止人们依然尚未完全洞悉马氏体相变的微观机理以及马氏体相变对力学行为的作用机制。本论文通过X射线衍射（XRD）、金相显微观察、SQUID磁性测量、力学拉伸和透射电镜（TEM）等测试手段，系统研究了碳钢马氏体相变的微观结构演变及ω相的形成特征。
TEM研究结果表明，当入射电子束的方向平行于α-Fe的<110>或者<113>晶向时，在选区电子衍射图谱的1/3{112}和2/3{112}处出现额外的衍射斑点。暗场像分析表明，这种额外的衍射斑点源于纳米尺度的ω相，并非由孪晶、二次衍射或碳化物所导致。由于ω相与基体相之间具有严格的晶体学取向关系，当入射束平行于<111>和<001>晶带轴时，ω相的衍射斑点与基体的衍射斑点完全重合，不能观察到额外的ω相衍射斑点。由此认为碳钢中的马氏体是由体心立方（bcc）结构的铁素体基体和ω相组成，即：bcc基体中分布着大量的纳米尺度的ω相颗粒。TEM观察证实，这些ω相颗粒优先分布在孪晶界，从而导致孪晶界在原子尺度上呈现弯曲状态。ω相具有初基六方结构，与bcc基体的晶格关系是aω= *abcc，cω= *abcc，其取向关系是：[1(_)13] bcc∥ [1(_)21(_)3]ω,(110)bcc∥(11(_)01)ω和(21(_)1) bcc∥(01(_)10)ω。
XRD衍射结果表明，淬火后的块体碳钢样品呈现典型的马氏体衍射峰分裂。但是，粉末样品的XRD衍射谱中观察不到衍射峰的分裂。粉末状样品经高温固溶和淬火后，其马氏体双峰消失，呈现单一的马氏体衍射峰。
SQUID磁性测量表明，ω相的出现未导致碳钢样品磁性降低，这表明钢中的ω相为强铁磁性。