4.0马氏体相变与马氏体

1930年，Γ .Β .库尔久莫夫和G.萨克斯 提出了马氏 体相变的K-S切变模型； 1933年，R．E．迈尔（Mehl）测得在中、高碳钢中 马氏体在奥氏体的｛225｝γ 晶面上形成,被称为惯习 面. 1934年,西山设计了马氏体相变的西山切变模型。 1937年，开始研究处理Fe-C合金马氏体相变热力学， 试图计算马氏体点（Ms）。 1938年，发现在Cu-Zn、Cu-Sn合金中存在马氏体。 1949年，Greniger和Troiano提出G-T模型。 1953年，Frank首先提出Fe-C｛225｝γ 马氏体与母 相间的位错界面模型。促成了K-D位错胞核胚模型的 提出。




20世纪60年代末，70年代初先后提出马氏体相变的协 作形变“理论”和范性协作模型，以及多次切变模型。 70年代，N.D.H.Ross等提出复切变模型，但该模型也 与实际不符[2]。 20世纪70 年代开发了形状记忆合金，开展了热弹性 马氏体相变的研究。测得Au－Cu－Zn合金马氏体的长 大速率较小，仅为0.32cm/s；Cu－Al－Ni合金的仅 10-3~10-6m/s。 70年代末，Cahn等应用群伦阐述相变中母相与马氏体 之间的对称关系。1988年徐祖耀在《相变原理》中叙 述了群伦在相变中应用的一般原理。 1999年徐祖耀在总结马氏体相变机制时指出：原始表 象学说、现代表象学说、复切变模型、范性协作模型 等均远不够成熟。




20世纪30～50年代，发现高碳钢、Fe-Ni合金中形成马氏 体的速率极大，一片马氏体的生成时间约为(0.5～ 3)×10-7s，相当于速率1100 m/s。 1951年，J．W．Christian 首先提出了马氏体相变的层 错形核模型。 1952年，张经录首先用金相显微镜观察到Au-Cd合金马氏 体的孪晶。 1953～1954年，提出两个马氏体相变的表象学假说，其 一称为“W-L-R理论”；另一个称为“B-M理论”。


材料科学家们对马氏体相变机理的研究开 始于20世纪20～30年代，马氏体切变机制 于1930年被提出。 当时尚未搞清马氏体组织形貌、结构和亚 结构的变化规律，电镜等研究手段是在50 年代后采用的。马氏体相变机制的研究缺 乏试验基础，因此切变机制的提出和研究 过早，是出现“理论”偏差的原因之一。



20世纪，马氏体相变是材料科学中研究最活跃的学科 之一。发现钢、有色金属及合金，陶瓷材料中均有马 氏体相变发生。 1924年，Bain 发现淬火钢表面存在浮凸，并提出了 马氏体相变的应变模型，称为贝茵应变模型。 1926～1927年,W.L.Fink和Γ .Β .库尔久莫夫等各自 分别用X-射线技术测得钢中马氏体为体心正方结构， 并且测得回火马氏体的正方度的变化。认为马氏体是 碳在α -Fe中的过饱和固溶体。 1929年，周志宏等首先将电解铁淬入水银，获得马氏 体组织。此举证明，马氏体也可以是体心立方结构， 不为碳所过饱和。
产生误区的原因：

原因一：没有采用系统科学的方法进行研究。由于珠 光体和马氏体组织发现得最早，材料科学家首先分别 孤立地研究了珠光体转变和马氏体相变。而贝氏体组 织发现较晚（约晚60年），贝氏体相变机制开拓者则 借用了马氏体的切变机制来解释贝氏体的成因。20世 纪70年代，扩散学派又利用共析分解理论解释贝氏体 相变。都忽视了贝氏体相变的过渡性，都没有把过冷 奥氏体转变贯序作为一个整合系统来研究，忽略了共 析分解、贝氏体相变、马氏体相变三者的整体性、过 渡性、交叉性关系。
切变机制不成熟，


这些切变机制与实际基本上不符，不能称其为理 论，是不成熟的学说或假说。存在误区。 欧美日科学家在20世纪的50年中竟然提出8种切变 模型，反复改进仍不成熟。不是马氏体相变机制 难以研究，而是研究的技术路线存在错误。
2.切变机制的误区简介
1）切变耗能太大，切变阻力过大，相变驱动力无力支付切 变能耗，无力克服切变应变能，因此切变机制缺乏热力学 可能性。 2）切变机制缺乏试验依据。错误地认为表面浮凸是唯一的 有力的试验证据。 3）所有的切变模型均与实际不符，或基本上不符。 4）切变机制不能解释形核-长大现象。 5）马氏体组织形貌、缠结位错、精细孪晶、微细层错、位 向关系、等试验现象均不能用切变机制作出正确、合理的 解释。 因此，马氏体相变的切变学说无论实践检验还是理论 检验都是不合格的，实践是检验真理的唯一标准。马氏体 的切变“理论”只是不完整、不成熟的学说。





1963年，Wolten首先指出ZrO2中正方相(t)→单斜相(m) 的转变为马氏体相变[2]。 1964年，Bogers-Burgers双切变模型被提出。 1966年л Ыс а к 等提出了γ →ε ′（18R） → (hcp) → Κ ′（斜方马氏体） → α ′四步切变机制，称为 л Ыс а к 模型。 1976年Olson、Cohen提出了一个与K-N-V机制相似的模 型； 1977年，藤田等设计了一个γ ′ → Ф （6R) → Κ ′ → α ′M的模型，称为藤田模型。



马氏体相变极为复杂，具有多种晶体结构、亚结构 和丰富多彩的组织形貌。尤其是马氏体相变切变机 制的研究，进行了大量的工作。到20世纪末就马氏 体相变机制已经提出10余种模型，但均与实际不符， 应属假说，不是成熟的理论。 美国麻省理工学院的Cohen教授曾曰：马氏体相变可 能是自然界中最为神奇美妙的过程之一。此神奇的 过程至今尚未真正搞清。 100多年来，马氏体及马氏体相变的研究取得了显著 的进步，马氏体在国民经济中的应用取得了辉煌的 成就。马氏体相变热力学，马氏体相变动力学，马 氏体相变组织学，马氏体的性能学，应用马氏体的 工艺技术，各种马氏体材料的开发应用等各方面的 研究均获得了显著进展，促进了人类社会文明。

原因二：
20世纪前半叶，实际观察设备主要是光学 显微镜，而电子显微镜（SEM、TEM、HRTEM）、 扫描隧道显微镜（STM）、原子力显微镜（AFM） 等均应用于20世纪后半叶或末期，因此对马氏 体相变和马氏体组织结构的物理本质缺乏深入 细致的试验观察，缺乏全面本质的认识，对马 氏体形核-长大的观察分析不充分，在缺乏试 验基础的情况下提出了切变机制，这也是马氏 体相变理论研究出现僻陋的原因之二。


但是，至今没有形成马氏体相变完整的理论体系，尤 其是马氏体相变机制的研究，马氏体晶体学的研究不 够成熟，学说（假说、模型）较多。马氏体的概念尚 不确切，马氏体相变的概念尚存在缺点，需要科学抽 象而使其更加正确。因此，马氏体相变机制的研究尚 未见到“佛祖”，未取得“真经”。马氏体相变的自 组织机制尚需要进一步地深入研究。 近年来，刘宗昌等人应用SEM、TEM、STM等设备进行 了大量试验观察，结合理论分析，指出了马氏体相变 切变机制缺乏试验依据，相变驱动力不足以进行切变 过程，切变机制难以解释惯习面、位向关系、组织形 貌变化、亚结构等试验现象，并提出了马氏体相变的 新机制。
4.马氏体相变与马氏体
序言. 1.马氏体相变的研究历程
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ



《世界冶金发展史》中记载，公元前900年，在埃及已 将斧头淬火硬化，斧刃经检验具有马氏体组织，硬度 45HRC。 在中国，公元前206～24年，一柄汉代的钢剑具有马氏 体组织。 我国是世界上钢淬火技术先进的国家，具有领先的淬火 工匠手艺，但长期对其内部组织结构缺乏科学认识。人 类认识淬火组织的变化规律则是19世纪的事情，开始进 入材料科学时代。 1878年，德国冶金学家Martens等用金相显微镜观察到 淬火钢中的这种硬相，首先发现的是高碳针状马氏体。 1895年法国人Osmond将其命名为马氏体（Martensite）。