固态相变 教学课件 作者 刘宗昌第4章马氏体相变与马氏体4.11马氏体相变新机制.ppt

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1、4.11马氏体相变新机制破旧立新马氏体相变切变机制存在误区，经80年来反复修改仍然不符合实际，故应摒弃。破旧立新、推陈出新，势在必行。1）马氏体相变需要研究新机制自然事物演化的原则，旧相到新相的转变原则是省能原则。在高温区，珠光体的形成是原子进行界面扩散为主的相变；中温区，碳原子长程扩散，铁原子和替换原子子非协同的热激活跃迁，从母相转入新相中，实现晶格改组；低温区，所有原子有组织的集体协同位移，完成晶格改组，奥氏体转变为马氏体。不是简单的机械式的切变过程。奥氏体→先共析铁素体，fcc→bcc奥氏体→珠光体中的铁素体，fcc→bcc奥氏体→WFfcc→bcc奥氏体→BFfcc→bcc这些相变中

2、晶格重构过程中都不需切变，而是以扩散方式或热激活跃迁方式完成fcc→bcc的晶格改组。因此奥氏体→M的相变未必需要切变过程。奥氏体→Mfcc→bcc或bct3.3过冷奥氏体转变的演化3.4马氏体的形核马氏体相变优先在晶界、相界面、孪晶界等处形核，也可在晶粒内部形成。Fe-1.2C马氏体OM1Cr13马氏体,TEM3.5马氏体晶核的长大新机制认为无需切变，直接实现fcc→bcc晶格重构。先共析铁素体的析出，共析分解，贝氏体铁素体的形成等都不是切变过程。省掉切变过程，马氏体相变更省能。在面心立方晶胞中和体心立方中分别选取菱形，进行晶格参数的调整即可形成马氏体晶核。在此过程中，每一个原子的位移矢量

3、不等，但均远小于一个原子间距。注：晶格常数的变化：γ-Fe的af=0.364nm，α-Fe的aM=0.2861nm；每个晶胞中的平均原子数变化：fcc→bcc时由4变为2。表γfcc→αbccM时主要晶格参数变化马氏体晶核的长大机制马氏体晶核的长大是无扩散的，集体协同的位移机制。所谓集体是指包括碳原子在内的所有原子，即碳原子、铁原子、替换原子；所谓协同是指所有原子协作性地移动。这一机制不同于切变位移，切变机制存在1～2次切变角为θ的宏观切变。相变自由焓变化γ晶格原子转入α晶格，自由焓变化小于0，是自发过程。奥氏体晶格转变为马氏体晶格的示意图原子位移矢量不等，位移距离均小于一个原子间距。1.在

4、晶向上位移0.0095nm，变为马氏体晶胞的体心原子。2.其他fcc原子转移到bcc晶胞上，移动距离均小于一个原子间距。3.晶格重构时，所有原子是集体协同位移，原子位移矢量不等，因此不是切变。4.奥氏体/马氏体相界面保持半共格，界面向前推移是马氏体片长大的过程。在重构时，在最密排晶向上形成位错的示意图奥氏体最密排晶向铁原子间距收缩0.0095nm计算得出，在晶向上，每移动26个原子就必须出现一个位错计算位错密度为4.46×1012cm-2，与实测值0.3～0.9×1012cm-2相符。各个原子集体协同位移，位移距离远远小于一个原子间距。原子位移和位错形成示意动画外力作用下的切应变产生位错示意

5、动画宏观微观变形后在表面上产生滑移线、滑移带等，马氏体相变后实际上没有观察到。TEM35CrMo钢板条状马氏体中的缠结位错在试样浮凸表面没有观察到位错的痕迹。层错是晶格重构过程中，因各种原因造成晶格堆垛时错排而形成的。在体心结构的马氏体中，层错的错排次序出现在密排面上。其原子堆垛方式是AB′AB′AB′A…。从fcc奥氏体→bcc（bct）马氏体的晶格重构过程中，一旦出现错排，成为AB′↑B′AB′AB′…,在箭头处错排，即形成层错。层错的形成层错与位错伴生层错与位错存在密切的关系。高分辩电镜的实际观察发现位错和层错往往是伴生的，如图。HREMCu-Al合金马氏体片中的层错和位错4.结论（1

6、）钢中马氏体相变在奥氏体晶内缺陷处或晶界通过结构涨落和能量涨落形核，符合相变的一般规律。（2）马氏体晶核依靠碳原子、铁原子无扩散地集体协同地热激活跃迁长大，原子每次移动距离远远小于一个原子间距，奥氏体与马氏体保持半共格界面，实现晶格重构。长大过程中为了调节应变能而形成极高密度的相变位错和孪晶，（3）新机制满足热力学条件，能够解释位向关系、惯习面、马氏体组织形貌、高密度位错和孪晶亚结构等试验现象。