固态相变第三章

虽然这二个结果不足以推翻过去的马氏体相变无扩散的结 论，但至少表明尚存有不同的观点. 马氏体相变不是“完全”无扩散过程，间隙原子（离子）可 能扩散，这种扩散并不是马氏体相变的主要或必需的过程 徐提出了一个对M简单的定义“替换（置换）原子无扩散切 变 （原子沿相界面做协作运动），使其形状改变的相变”
图中a,b,c为体心正方点阵的 点阵常数, a0为面心立方点阵 M A 的点阵常数，则有: a = b = 0.5(2)1/2 a0 , c = a0 , c/a = c/b = a0 /[0.5(2)1/2a0 ]= 21/2=
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实验验证：T10钢中，c/a = 1.04 若将Z轴压缩18%，该方向 a0 - 18% a0 = 0.82 a0 若将 X’ 轴或 Y’ 轴伸长12%，该方向 [0.5(2)1/2 a0 ] + [0.5(2)1/2a0 ]12% = [0.5(2)1/2 a0 ]112% = 0.79196 a0 则变形后的 c/a = 0.82/0.79196 =1.035 , 与T10钢的 c/a接近. 这样就说明了点阵的改组.
1926-1927年, Fink Campbell用X射线结构分析方法测得钢 中的马氏体是体心正方结构，马氏体中的固溶碳即原奥氏体 中的固溶碳——马氏体就是碳在α-Fe中的过饱和间隙固溶 体。开创了马氏体相变研究的先河。 1924年，Bain切变模型 1929年，周志宏发现马氏体也可以是bcc结构，不是过饱和 固溶体。 1930年，Kurdjumov和Sacks测得马氏体与母相奥氏体保持 K-S关系；提出 K-S切变模型。 1934年，西山关系。 1948年， Kurdjumov提出马氏体相变也是形核－长大的过 程，但不发生组元扩散的切变相变。
第一节 马氏体(M)相变的主要特征
一. 马氏体转变的非恒温性 奥氏体以大于某一临界速度V的临界速度冷却到某一温 度，不需孕育，转变立即发生. 并且以极大速度进行，但很 快停止. 这一温度称为马氏体转变开始温度，用Ms代表. 马氏体转变在不断降温的 条件下才能进行. 马氏体 转变量是温度的函数，与 等温时间无关(如图所示).
第二节马氏体转变的晶体学
一. 马氏体的晶体结构 奥氏体具有面心立方点阵，溶入的碳原子位于铁原子所组成 的正八面体中心，即:
M转变时,面心立方的A通过切变转变为体心立方的α-Fe
二. 马氏体转变的贝茵模型 由Bain于1924年提出，此模型便于说明点阵的改组。
a＝b＝c，体心立方
a＝b≠c，体心正方，碳过饱和固溶
Mf
Ms
二. 无扩散性 实验测定出母相与新相成分一致. 在钢中，曾测出奥氏体的含碳量＝马氏体含碳量，转变前后 碳含量没有变化。而且，马氏体形成速度极快, 一片马氏体 在 5×10-55×10-7秒内生成. 即使在-20-196℃以下也是同 样快速，而C原子在-60℃以上才能进行有效扩散，此温度远 高于相变温度的下限-196℃，故转变时不会有扩散发生.
• 思考: • 钢铁材料中观察不到马氏体逆转变的原因.
因为Fe－C合金中的马氏体是碳溶于α-Fe形成的过饱 和固溶体，极不稳定，加热时极易析出碳化物而发生 分解，马氏体被加热到高温以前就已经分解了，因此， 也就观察不到由马氏体向奥氏体的逆转变。
有科学家以5000℃/S的速度加热进行研究，观察到了 含碳马氏体的逆转变。
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近年来，一些实验和计算结果对上述观点提出了疑问: a) 1979年，Thomas以高分辨率电子显微镜发现:在含碳 0.27%的碳钢中，条间奥氏体内含C量达0.4%1.04%,远远大 于钢的平均含碳量， 说明碳原子有可能从马氏体扩散到奥氏 体，与多数实验测定的结果不同. 1981年，再以场离子电镜和原子探针给予证实 b) 上海交大徐祖耀计算出马氏体内C原子扩散需时间为 7.3×10-310-7s，而条状M形成时间为10-3-10-6s，比较两者 时间, 说明扩散跟得上马氏体转变的速度，即转变时可能有 扩散发生.
三. 马氏体转变的切变共格和表面浮突 预先磨光表面的试样, 在马氏体相变后表面产生突起， 这种现象称之为表面浮突现象。
相界面 中脊面
宏观现象表明，M相变为切变 在上述相变时，相界面宏观上不转动，也不变形，所以 相界面称为不变平面; 当相界面为不变平面时，界面上原 子既属于新相，又属于母相，这种界面称为共格界面. 不变平面也可以不是相界面，为中脊面.
1949年，Greniger，Troiano提出马氏体相变是无扩散切变 相变，无需形核和长大过程；提出马氏体转变的G-T关系； G-T切变模型。 1950年，Morris Cohen开始倡议马氏体相变热力学研究，一 直延续至二十世纪80年代。 1960年，Kelly等人，透射电镜观察将马氏体的形态区分为 高碳型的透镜状（片状和针状）以及低碳型的条状——为马 氏体形态学奠定了基础。 1964年，Wayman，“马氏体相变晶体学导论”阐述了晶体 学 表象理论，较好地解释了马氏体转变晶体学机制。 目前主要方向：①建立马氏体相变热力学和动力学模型，进行 组织形态的计算机模拟 ②建立马氏体晶体学、能量学的统一 模型 ③纳米晶体的马氏体相变
第三章 马氏体相变
Martensitic Transformation
前 言 淬火能提高钢的硬度的本质还并不清楚 淬火后的 十九世纪末期 组织？ 钢在加热与冷却过程中，内部相组成发生了变化， 引起了钢性能的改变。 1895年，为了纪念著名的德国冶金学家Adolph Martens，法国著名冶金学家Osmond建议: 将钢经淬火所得的高硬度相称为马氏体；将母相 向马氏体转变的相变统称为马氏体相变。
四. 位向关系及惯习面 惯习面：与新相主平面或主轴平行的旧相晶面 位向关系：新相、旧相某些低指数晶面、晶向的对应平行关 系。 （1） 相变时，整体相互移动一段距离，相邻原子的相对位 置无变化，做小于一个原子间距位置的位移，因此A与M保 持一定的严格的晶体学位向关系. （2）不变平面又称为惯习面，马氏体即在此平面上形成， 如中脊面. 五. 马氏体转变的可逆性 由M→A的转变称为马氏体的逆转变，逆转变开始的温度称 为As,结束的温度称为Af.