第5章 钢中马氏体相变(3学时)ppt课件.ppt

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1、第5章钢中马氏体相变研究方法唯象法是马氏体相变的唯象理论，可用矩阵等数学方法来描述切变过程及晶体学关系等能量法是从能量角度来分析研究马氏体相变的形核和长大过程及形貌变化规律结构法是用各种显微分析手段来分析研究马氏体相变的晶体结构和性能变化规律本章主要从能量角度来讨论马氏体相变的热力学、动力学和形态学的规律.6.1几个基本概念1位移式转变结构转变位移式转变重建式转变位移式转变是一种通过原子的协调移动来进行的固态相变相变特点不需要破坏化学键，相变位垒低，相变速度快。协调移动有两种方式：均匀点阵形变（畸变）和原子改组（shuffl

2、e）2均匀点阵畸变定义均匀点阵畸变是将一种点阵转变为另一种点阵的均匀应变，也简称均匀切变特点均匀点阵形变会改变结构，产生体积变化和形状变化，可引起高的应变能.最简单的就是Bain应变模型形状变化有两个分量：切变分量和膨胀分量，其共同作用使相变产生了整体的宏观变形。表面浮凸现象就是由于形状变化造成的。3点阵不变形变原理最小自由能原理,尽可能↓相变体系的能量特点又称不均匀切变。M相变在第一次切变后，→产生滑移或孪生。滑移留下位错、层错，孪生形成了共格孪晶界面。这不改变已形成的点阵结构，也不改变体积，却改变了应变能，使体系的能量↓

3、。对一般马氏体相变，点阵不变形变是第二次切变图马氏体相变的二次切变过程a)母相晶体；b)点阵切变后的晶体；c)二次滑移切变；d)二次孪生切变4原子改组5无扩散相变原子改组是原子在晶胞内的协调移动，这种移动并不产生均匀点阵形变的应变。如在Ti合金中的β→ω相变,某些原子靠近一点，另一些原子相对远离一点，交替进行。→没有总的形状变化，→应变能不重要，界面能稍有变化原子不发生随机迁移扩散的相变称为无扩散相变。当然肯定也是位移式的。无扩散相变重要的结果是使新、旧两相具有完全相同的成分，并且组织缺陷也遗传。所以从热力学观点看，无扩散相

4、变可当作单组元系统来处理。图Ti合金中的β→ω相变(原子改组)图SrTiO3分子结构的旋转相变○氧原子,●Sr原子,顶角为Ti原子6、马氏体相变定义M•柯亨定义：M相变是实质上没有扩散的点阵畸变式的组织转变，它的切变分量和最终形态变化应足以使转变过程中动力学及形态受应变能控制位移式、无扩散是两个主要特征。特点①需要形核和过冷；②形成一个不变平面界面。界面移动速率极快，界面前有许多位错，应变能是很重要的；③新、旧相结构之间具有明显的晶体学关系。当然这不是根本特征，其它许多相变也都有.7、准马氏体相变准M相变（Quasimart

5、ensiticTransformation）和M相变一样，也是以切变形变为主，但其切变量不大，因此它的动力学和形态基本上不受应变能所控制。这种转变也是位移式无扩散相变，位移也是以切变为主的。和M相变的根本区别是轴比c/a是连续变化的，即意味着正方结构是从母相连续形成的，不需要形核。例如：超导化合物V3Si的转变特征。V3Si从高温冷却到很低温度时，具有立方结构、点阵常数为a的母相会转变为正方结构相。如图6.4所示，转变临界温度为Tm，正方结构的c增长，而a则减小。6.2马氏体相变形核1均匀形核分析讨论相变晶核的临界尺寸，一般

6、有两种方法：经典均匀形核方法设ΔG=ΔGV+ΔGE+ΔGS→求ΔG*相变变温长大理论认为体系到达相变临界温度MS时,体系中已存在许多可供相变长大的晶核,这时在理论上相变驱动力和相变阻力是相等的.MS应满足ΔGV+ΔGE+ΔGS=0→ΔG*两种方法得到的临界晶核尺寸大小是有一定差别的形成这片马氏体时，总的自由能变化为：ΔG随r、c变化的曲线很复杂，呈马鞍面形状，是双曲抛物面。分别求其偏导数，可求得ΔG*，即：经典的均匀形核理论:设马氏体核心呈扁球形，c/r≪1，如图6.6。2非均匀形核位错形核:位错运动产生马氏体核心;界面位错

7、阵列形核;位错应变能协助转变层错形核:位错理论假定,位错可分解为两组不全位错，当两组不全位错分离时，它们之间的结构将发生变化。若母相为面心立方结构时，层错区域为hcp。层错区域形成的就是hcp马氏体的核心。Olson和Cohen详细定量地计算了这些位错的运动.面心立方结构的密排面是{111}面，不全位错在密排面上运动，根据Cohen和Olson理论,可有三种情况：（1）位错原堆垛在每层{111}γ面上，则不全位错在每一层{111}γ面上运动（2）若每隔一层{111}γ面上存在位错堆垛，并分解为不全位错（3）若不全位错在每隔两

8、层{111}γ面上运动，层错区域成为孪晶hcp结构ε马氏体bcc结构α马氏体5.2马氏体相变形态学1应变能和界面能的估算过程都是遵循沿着阻力最小的途径进行的。当T一定时，ΔGV是一定值.应变能ΔGE+界面能ΔGS最小.在钢中,经计算ΔGS=14.18J/mol,ΔGE为>580J/mol，