马氏体相变切变机制的实验和理论研究_评刘宗昌等的马氏体相变非切变机制

刘宗昌等近几年相继在国内杂志发表了有关马 ［15 ］ ， 并将这些论文 氏体相变非切变机制的 5 篇论文 作为他们 2012 年出版的“马氏体相变 ” 一书中的主 ［6 ］ 要创新内容给予强调 。 他们否定已被国际公认
［5 ］ 的马氏体相变切变机制的主要依据有两条 ： 1 ） 马 氏体相变切变机制缺乏实验基础， 即缺乏现代实验
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马氏体相变切变机制的实验和理论研究
— — —评刘宗昌等的马氏体相变非切变机制
戎咏华
（ 上海交通大学材料科学与工程学院， 上海 200240 ）
摘
要： 刘宗昌等学者近几年相继在国内杂志发表了有关马氏体相变非切变机制的论文 ， 并将这些论文作 《马氏体相变》 为他们 2012 年出版的 一书中的主要创新内容予以强调。 他们否定已被国际公认的 马氏体相变切变机制的主要依据有两条 ： 1 ） 马氏体相变切变机制缺乏实验基础 ， 即缺乏现代实验技 术， 如透射电镜（ TEM） ， 原子力显微镜（ AFM） 的实验证明； 2 ） 根据他们的计算， 马氏体切变能太大， 相变驱动力无法克服切变能。本文作者首先结合马氏体晶体学表象理论 （ PTMC ） 给出论证马氏体 相变切变机制的 TEM 和 AFM 实验； 随后介绍徐祖耀提出的计算马氏体相变切变能的方法 ； 最后评
论刘宗昌等的论断和切变能的计算方法 。 关键词： 马氏体相变； 切变机制； 透射电镜； 原子力显微镜； 马氏体晶体学表象理论 1690 （ 2012 ） 05-0001-09 中图分类号： TG111． 5 文献标识码： A 文章编号： 1008-
Experimental and Theoretical Studies of the Shear Mechanism of Martensitic Transformation —comment on nonshear mechanism of LIU Zongchang et al
hcp ） 马氏体相变的自 金中面心立方密排六方 （ fcc［8 ］ 在 协调和形状记忆效应的机制 。 正如我们所知， 热诱发的自发相变过程中， 可形成 4 个 马氏体带 （ band） ， 它们对应母相中的四个 ｛ 111 ｝ 密排面 （ 惯习 面） ， 每个马氏体带可由三个薄片状的变体 （ variant ） 组成， 因为每个密排面存在三个可能的 ＜ 112 ＞ 滑移 方向。通过一个（ a /6 ） ＜ 112 ＞ Shockley 不全位错在 每隔一层密排面上的滑移就形成一个 ε 马氏体变体。 图 1 （ a） 显示出一个 ε 马氏体带与一个非基面（ 111 ） 层错相截的情况 。 图中的层错显然形成于 ε 马 ε 马氏体切过（ 111 ） 层错迹线后使 氏体之前。因此， 原本直的层错迹线变成折线 （ 如图中箭头所指 ） ， 在 图 1 （ a） 中更清楚地用画出的 ABCD 折线表示。 根 据 AB 与 CD 之间的横向位移量除以 BC 线段的长 其和理论切变角 度就可得到切变角 0． 33 （ 弧度 ） ， 19． 47° （ 图 1 （ b） ［9］） 很好符合， 说明图 1 中的 ε 马氏 体是通过具有单一 ＜ 112 ＞ 切变方向的均匀切变所 形成的单变体。图 1 以微观的层错迹线替代宏观的 刻痕， 更精致地证明了经典实验所论证马氏体相变 单变体的浮凸呈 的切变机制的正确性。 可以想象， N 。 现 型
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这个 ε 马氏体带是由三个交替的马氏体变体所构 成， 通过这种自协调方式可以使总形状应变最小 。 仔细观察非基面 （ 111 ） 层错迹线在 ε 马氏体带内 的形态 ， 揭示 了 三 个 交 替 的 马 氏 体 变 体 使 层 错 迹 线产生精致的曲折 。 第5 期
《热处理》
2012 年第 27 卷
《热处理》
2012 年第 27 卷

第5 期
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Key words： martensitic tansformation； shear mechanism； transmission electron microscope （ TEM ） ； atomic force microscope （ AFM） ； phenomenological theory of martensitic crystallography （ PTMC ）
RONG Yonghua
（ School of Materials Science and Engineering，Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240 ， China） Abstract： Liu Zongchang and other scholars have successively published papers on nonshear mechanism of martensitic transformation in domestic journals in recent years，and these papers was taken as main creative content and emphasized in 《Maternitic Transformation 》book written by them published in 2012． They have negated the shear mechanism of martensitic transformation universally accepted by international researchers according to the following two arguments： a ） the shear mechanism of martensitic transformation is devoid of experimentat verifications conducted by modern techniques such as transmission electron microscope （ TEM ） and atomic force microscope （ AFM） ； b） shear energy of martensitic transformation is too great to be overcome by the driving force of transformation， which originates from their calculation． Combining with the phenomenological theory of martensitic crystallography（ PTMC ） ，the present author has given firstly TEM and AFM experiments to demonstrate the shear mechanism of martensitic transformation； then has introduced the calculation method of the shear energy proposed by Xu Zuyao； finally has criticized the arguments and calculation method of shear energy putted forward by Liu Zongchang，et al ．
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技术如透射电镜（ TEM） 、 原子力显微镜 （ AFM ） 的实 验证明； 2 ） 根据他们的计算， 马氏体切变能太大， 相 变驱动力无法克服切变能。自 1924 年 Bain 提出马 氏体相变机制的第一个模型后， 大量的实验和理论 已证明了马氏体相变的切变机制。 Wayman 在他 1975 年发表的评论文章中说“切变相变是马氏体相 ， 并根据列举的具有不变平面应变的 变的同义词 ” 马氏体相变实验， 用图说明了马氏体相变将引起表 倾动量可根据刻痕 （ 或滑移 面倾动（ surface tilting） ， 线） 的位移量求出。本文仅遴选出几篇有关 TEM 和 AFM 研究的论文来论证刘宗昌等上述第一条依据 的错误； 通过介绍徐祖耀有关切变能的计算思路和 方法， 由此分析刘宗昌等计算方法错误的原因所在 。
三个变体的自协调在某个电子束方向上可清楚 地显 示 出 來。 图 3 中 TEM 照 片 的 电 子 束 方 向 是 ［ 011］ 方向。 在这种情况下， 两个交截的 （ 111 ） 和 （ 1 1 1 ） 面同时与电子束方向平行 （ edgeon ） ， 因此它 们的夹角可通过对应的晶面迹线直接测量出來 ， 为 70． 5° 。可以清楚地看到非基面层错迹线的曲折特 征， 如图 中 所 示 的 ABCDE 曲 折 线， 它与图 1 中的 ABCD 折线不同。 AE 线是原 （ 111 ） 面的迹线， 其中 的 BCD 是 曲 折 线 段。 BC 线 段 和 CD 线 段 在 原 （ 111 ） 面迹线上的投影距离之比约为 1 ∶ 2 ， 如图所 ［9 ］ BC 区域是由单变体 V1 构 示。由图 2 （ b ） 可知， 而 CD 区域是由两个变体 V1 + V2 构成。 成， 上述实验表明 ， 当笔直晶面的迹线 （ 或划痕直 线 ） 被随后形成的马氏体所切过 ， 如果是被单变体 笔直晶面的迹线将成为折线 ， 发生位 马氏体切过 ， ， 移 这种位移 量 和 马 氏 体 相 变 产 生 的 切 变 角 严 格 对应 。 如果被等同几率的三个马氏体变体同时切 过， 笔直晶面的迹线通过马氏体后方向不改变 ， 但 在马氏体带内部发生曲折 。 如果被两个马氏体变 体 （ 很少出现 ） 相截 ， 笔直晶面的迹线将成为曲折 线， 并将发 生 位 移 ， 但 位 移 量 小 于 单 变 体。 因 此， 确定马氏体 的 切 变 角 必 须 是 单 变 体 ， 划痕直线被 随后马氏体 切 过 后 ， 其位移量随马氏体变体的多 。 少而变化 如果刻痕直线与切变方向的相对方向 改变 ， 刻痕线的走向和位移均会改变 。 也就是说 ， 在不确定马氏体变体的数目和切变方向与刻痕线