最新材料结构与性能 第四章 马氏体相变及形状记忆合金ppt课件

马氏体转变的主要特性
（一）马氏体转变的非恒温性
马氏体转变有一上限温度，这一温度称为马氏体 转变的开始温度，也称为马氏体点，Ms表示。不同 的材料Ms是不同的。
马氏体转变还有一个下限温度，用Mf，当奥氏体 过冷到Mf以下时转变也不能再进行了。称为马氏体转 变的下限温度或马氏体终了点。也就是说马氏体转变 是在Ms—Mf之间进行的。
片状珠光体的片层间距和珠光体团示意图
珠光体转变示意图
马氏体转变的发展过程
早在战国时代人们已经知道可以用淬火(即将钢 加热到高温后淬入水或油中急冷) 的方法可以提高 钢的硬度，经过淬火的钢制宝剑可以“削铁如泥”。
十九世纪未期，人们才知道钢在“加热和冷却”
过程中内部相组成发生了变化，从而引起了钢的性 能的变化。为了纪念在这一发展过程中做出杰出贡 献的德国冶金学家Adolph Martens，法国著名的冶 金 学 家 Osmond 建 议 将 钢 经 淬 火 所 得 高 硬 度 相 称 为 “马氏体”，并因此将得到马氏体相的转变过程称 为马氏体转变。
K—S切变模型的成功之处，在于它导出了所 测得的点阵结构和位向关系，给出了面心立方的 奥氏体点阵改建为体心正方马氏体点阵的清晰模 型，但是惯习面和宏观切变与事实不符。
一般钢材的Mf都低于室温，在生产中为了获得更 多的马氏体，常采用深冷到室温以下的处理工艺，这 种工艺方法称为冷处理。
（二）马氏体转变的切变共格和表面浮凸现象
马氏体转变时能在预先磨光的试样表面上形成有 规则的表面浮凸。这说明马氏体的形成与母相奥氏体 的宏观切变密切相关。
下图是三种不变平面应变，图中的C)既有膨胀 又有切变，钢中马氏体转变即属于这一种。
奥氏体转变为马氏体时，新旧两相之间保持着严 格的晶体学位向关系，马氏体的不变平面被称为马氏 体的惯习面，以平行于此面的母相的晶面指数表示。
（五）马氏体转变的可逆性
冷却时高温相可以转变为马氏体，加热时马氏体 可以逆转变为高温相，而且转变都是以马氏体转变方式 进行的。与 Ms—Mf 相对应，逆转变有As—Af 分别表 示逆转变的开始和终了温度。
马氏体转变的切变模型
M转变的无扩散性及在低温下仍以很高的速度进 行等事实，都说明在相变过程中点阵的重组是由原子 集体的、有规律的、近程迁动完成的，而无成份变化。 因此，可以把M转变看作为晶体由一种结构通过切变 转变为另一种结构过程。
自从1942年以来，由Bain开始，人们便根据M相 变的特征，设想了各种相变机制。因为相变时母相发 生明显的切变，所以早期提出的机制常常是从简单的 切变过程推导出来的，企图通过简单的切变便可以得 到与实验事实相符合的M。
（2）第二次切变：第二次切变是在（11-2）面上（垂 直于（111）面），沿[1-10]方向产生10°30′的切变。 第二次切变后，使顶角由120°变为109°30′或60°角 增至70°30′。
（3）经两次切变后，再作一些小的调整，使晶面间距和 测得结果相符合。
由于没有C原子存在，得到的是体心立方点阵的M。 在有C原子存在的情况下，对于面心立方点阵改建为体心 立方点时，两次切变量都略小一些，第一次为15°15′， 第二次为9°。
2、Fe-C合金奥氏体向马氏体转变后，C原子的间隙 位置保持不变；
3、马氏体转变可以在相当低的温度范围内进行， 且 转 变 速 度 极 快 。 例 如 ： Fe-C 、 Fe-Ni 合 金 ， 在 -20~196℃之间一片马氏体形成的时间约5×10-5─5×10-7 秒。
（四）马氏体转变的位向关系及惯习面
曾经有人认为“马氏体转变与其它转变不同，是一个 由快冷造成的内应力场所引起的切变过程” 。
四十年代前后，在Fe-Ni、Fe-Mn合金以及许多有色 金属及合金中也发现了马氏体转变。不仅观察到冷却过 程中发生的马氏体转变；同时也观察到了在加热过程中 所发生的马氏体转变。由于这一新的发现，人们不得不 把马氏体的定义修定为：“ 在冷却过程中所发生马氏体 转变所得产物统称为马氏体 ”。把以晶格畸变为主的位 移型无扩散相变统称为马氏体相变。
Martensite
M—马氏体
十九世纪未到二十世纪初主要局限于研究钢中的马 氏体转变及转变所得产物—马氏体。
二十世纪三十年代，人们用X射线结构分析的方法测 得钢中马氏体是碳溶于α-Fe而形成的过饱和固溶体，马 氏体中的固溶碳即原奥氏体中的固溶碳，因此，曾一度认 为“所谓马氏体即碳在α-Fe中的过饱和固溶”。
显然，界面上的原子排列规律既同于马氏体，也同 于奥氏体，这种界面称为共格界面。
（三）马氏体转变的无扩散性
马氏体转变只有点阵改组而无成份变化，转变时原 子做有规律的整体迁移，每个原子移动的距离不超过一 个原子间距，且原子之间的相对位置不发生变化。
1、一些具有有序结构的合金发生马氏体转变后有序 结构不发生变化；
材料结构与性能 第四章 马氏体 相变及形状记忆合金
内容
• 马氏体相变 • 共析转变 • 形状记忆合金及其应用
共析转变（珠光体转变）
从固溶体母相中以相互协作的方式生长为结构、 成分均不同于母相的两个新固相。
γ β＋α
形成铁素体、渗碳体交替分布的片层状共析组织， 由于其经抛光、侵蚀后在光学显微镜下的形态而 得莫夫和萨克斯测出含C为1.4%的碳钢中M 与A存在的位向关系，即K—S关系，为了满足这一取 向关系必须有点阵的切变。他们于1930年提出了轴比
相当于1.06的点阵转换模型，即K—S模型。
首先考虑没有C存在的情况，设想A分以下几个步 骤转变为M：
（1）在（111）面上沿[-211]方向产生第一次切变，第 二层原子（B层原子）移动1/12[-211]，而更高层原子 则按比例增加。但相邻两层原子的相对位移都是相同 的。第一次切变角是19°28′。
1、贝茵（Bain）模型
早在1942年Bain就注意到可以把面心立方点阵看成 是轴比为c/a=1.41(即21/2:1)的体心正方点阵。同样，也可 以把稳定的体心立方的铁素体看成是体心正方点阵，其 轴比等于1。
Bain 模 型 给 出了点阵变化的 清淅的模型，但 不能解释宏观切 变和惯习面的存 在，也不能解释 M内部的亚结构。