马氏体转变(一)

马氏体转变是一种切变型的,无成份改变的,无扩散的和无热激活的位移型相变.马氏体是应用于物理冶金上表示无扩散相变产物的通称.在铁基材料、有色金属材料和一些非金属晶体材料中都会发生马氏体转变.马氏体转变是许多重要工程材料进行强化的极其重要手段,因而受到极大的重视.马氏体转变的研究进展很快.本文吸取近一二十年来国内外的研究成...     

马氏体转变(十七)

正6有色金属中的马氏体相变通常,有色金属和代位型有色合金中发生的马氏体相变同样是具有表面浮突的无扩散位移型转变,但具有比较小的应变和小的热滞。马氏体的形态有片状和板条两种。马氏体的亚结构有堆垛层错、孪晶和位错。在相变中沿切变面发生孪生或滑移进行调整,以符合晶体结构的相变和形状上的改变,马氏体中亚结构的出现和相应数量取决于合金     

马氏体相变切变机制的实验验证——兼评刘宗昌教授马氏体相变的非切变机制

马氏体相变是无扩散的位移型相变,对于一个给定的材料,由切变产生的表面浮突是马氏体相变的主要特征之一,它对应唯一的切变角。因此,通过实验确定的切变角与马氏体晶体学表象理论（PTMC）预测的理论切变角进行对比,可以验证马氏体相变的切变机制。本文列举了几个例子来验证马氏体相变的切变机制。在这些例子中,首先原子力显微镜被用于精确测定马氏体相变的浮突角,然后基于表面浮突角计算出相变切变角,最后将计算的相变切变角与PTMC预测的理论切变角进行比较,由此验证马氏体相变切变机制的正确性。本文所举例子足以否定刘宗昌教授的马氏体相变切变机制缺乏实验依据的观点和马氏体相变非切变机制的结论。     

徐祖耀院士的学术贡献

论述了徐祖耀院士在马氏体相变、贝氏体相变及形状记忆材料方面的学术贡献。其中包括：揭示了无扩散马氏体相变中存在间隙原子（或离子）的扩散;完善了铁合金马氏体相变的热力学;解决了计算Fe-C合金相变开始温度（Ms）的难题;以孤立子理念演算和阐释了相变驱动力与马氏体长大速率之间的关系;以群论研究了形状记忆合金热弹性马氏体相变的对称性并建立了计算热弹性马氏体对称分布的数学模型;创建了铜基合金马氏体相变和贝氏体相变热力学;认证了陶瓷中存在贝氏体相变。     

马氏体相变过程中原子的位移

研究马氏体相变中原子的位移方式具有重要理论意义。本文从理论上综合分析了奥氏体转变为马氏体过程中原子的移动方式。奥氏体转变为马氏体时,在相变驱动力作用下,原子主要是按照K-S位向关系从奥氏体晶格中直接转移到马氏体晶格上去的。当γ→α马氏体时,以晶体缺陷为起点出现涨落,原子无扩散的,集体协同位移,进行了晶格参数的调整,完成γfcc→αbcc-M的晶格重构。原子移动距离远远小于一个原子间距,比K-S切变位移小一个数量级,耗能小。奥氏体转变为马氏体将产生应变能,为了调整应变能和适应新旧相晶格匹配,而形成相变位错、层错或相变孪晶等晶体缺陷以调整应变能,从而完成马氏体晶格重构。切变位移"理论"是错误的。     

新型铁磁马氏体相变材料研究取得新进展

铁磁马氏体相变材料具有磁驱大应变、磁驱形状记忆、磁驱超弹性、大磁电阻、大磁熵变、相变相关霍尔效应、相变相关交换偏置等丰富的物理行为,成为当今凝聚态物理和材料科学的研究热点之一。在传统马氏体相变中,体系通过非扩散、位移型晶格切变而发生一级马氏体相变,其诱发因素通常为温度和应力。铁磁马氏体相变材料发生相变时,晶体结构和磁结构同时发生变化。如果两磁性相的饱和磁化强度差异（AM）较大,则可使得外磁场成为驱动马氏体相变的一个新物理量。因此,获得大的AM成为磁相变材料领域的一个重要研究目标。     

马氏体相变的定义

对前人所下的马氏体相变定义作了总结，将马氏体相变定义为：替换原子经无扩散切变位移（均匀的和不均匀的形变）、由此产生形状改变和表面浮突、呈不变平面应变特征的一级、形核－长大型的相变。或简单地称马氏体相变为替换原子经无扩散切变（原子沿相界面作协作运动）、使其形状改变的相变。     

ZGOCr13Ni4Mo钢正火终冷温度的确定

用动力学方法分析了Ni4钢正火冷却过程中马氏体转变,建立了马氏体转变体积分数f与温度的函数关系,用数学分析方法讨论了奥氏体在相变中的作用;计算出材料在相变中能承受的最大内应力的临界温度和临界马氏体转变量,研究分析表明:(1)奥氏体在相变中减少或松弛相变应力,奥氏体作用最大对应的温度是256℃;(2)193℃是材料承担奥氏体向马氏体转变内应力临界温度;(3)低于193℃任何正火终止温度并不能提高铸件机械性能。     

金属合金等温相变的体激活能及相变机制——Ⅱ．β黄铜等温相变

与钢相似,β黄铜等温处理获得的片状α1（贝氏体）和棒状α都具有自已的C曲线;各转变初期均能获单一相,而转变中、后期通常可获相邻两相的复合体．必须用单一相和Arrhenius关系求相变产物的体激活能．用体激活能、相的形貌和体自由能变化相结合能可诠释下述论点：片状α1（贝氏体）是溶质原子扩散控制下母相β’中的贫溶质区,进行“军队型”原子无扩散马氏体样切变相变;棒状α是溶质原子扩散控制下母相β’中的最贫溶质区,发生“平民型”原子无扩散界面控制相变．     

Ni2In型六角MM’X铁磁马氏体相变材料及其研究进展

六角结构MM’X材料是一类潜在的新型磁相变功能材料。基于磁性马氏体相变,它们表现出优异的磁驱马氏体相变效应和磁热效应。介绍了MM’X材料的基本结构、磁性和研究历史,综述了近年来人们对其磁场响应性能的研究进展。阐述了人们在探索和提升代表性体系MnNiGe,MnCoGe的物理性能过程中的思想、方法和结果,重点探讨了人们对磁共结构耦合转变的调控和实现,尤其是顺磁一铁磁型马氏体相变所需要的居里温度窗口的构建。展望了MM’X材料潜在的磁性功能应用和优势。     

马氏体相变的定义

对前人所下的马氏体相变定义作了总结，将马氏体相定定义为：替换原子经无扩散切变位移（均匀和不均匀的形变），由此产生形状改变和表面浮突，呈不变平面应变特征的一级，形核－长大型的相变，或简单地称马氏相变为替换原子经无扩散切变（原子沿相界面作协作运动）使其形状改变的相变。     

金属合金等温相变的体激活能及相变机制II.β黄铜等温相变

与钢相似,β黄铜等温处理获得的片状α1(贝氏体)和棒状α都具有自己的C曲线;各转变初期均能获单一相,而转变中、后期通常可获相邻两相的复合体.必须用单一相和Arrhenius关系求相变产物的体激活能.用体激活能,相的形貌和体自由能变化相结合能可诠释下述论点:片状α1(贝氏体)是溶质原子扩散控制下母相β'中的贫溶质区,进行"军队型"原子无扩散马氏体样切变相变;棒状α是溶质原子扩散控制下母相β'中的最贫溶质区,发生"平民型"原子无扩散界面控制相变.     

相变的进展及其应用(二)

本篇涉及热弹性马氏体相变及其有关的形状记忆效应,关于贝氏体相变的争论和有色金属的贝氏体相变及其应用。     

金属合金等温相变的体激活能及相变机制I.钢的中温(贝氏体)等温相变

钢的中温(贝氏体)等温处理获得的上、下贝氏体和粒状组织,都具有各自独立的C曲线;在转变初期均能获得单一的组织,而在转变的中、后期通常可获得相邻两组织的复合体.必须用单一组织和Arrhenius关系求相变产物的体激活能.将体激活能、组织形貌和体自由能曲线相结合可诠释下述论点:下或上贝氏体是碳原子扩散控制下在奥氏体中的贫碳或极贫碳区,进行"军队型"(队列式)原子无扩散马氏体样切变相变;而粒状组织是碳原子扩散控制下在奥氏体中的最贫碳区,发生"平民型"(非队列式)原子无扩散界面控制相变.     

304HC不锈钢钢丝形变诱导α′-马氏体相变及断裂机制

通过X射线衍射、扫描电镜和透射电镜等手段,研究冷拔过程中304HC不锈钢钢丝马氏体相变规律,并对马氏体相变过程中材料的断裂机理进行研究。结果表明,实验用钢形变马氏体的最高转变温度为57.9℃,镍当量为18.7%,满足形变诱导马氏体相变的温度条件和材料条件;随着马氏体相变的进行,试样的抗拉强度增加,延伸率下降;形变诱导马氏体相变的形核位置在孪晶与马氏体的交界面,位错弯曲缠结,形变孪晶协调变形,α′-马氏体在剪切带处切变形核,聚集形成马氏体板条;随着马氏体转变量增加,试样断裂类型由韧性断裂逐渐变为混合断裂;同时,在载荷较小时材料中的Al2O3夹杂与基体分离或本身开裂而形成微孔,随着载荷的增加,碳化物第二相阻碍位错运动并引起应力集中,变形不协调导致微孔长大、聚合,最终形成宏观裂纹。     

金属合金等温相变的体激活能及相变机制——Ⅰ．钢的中温（贝氏体）等温相变

钢的中温（贝氏体）等温处理获得的上、下贝氏体和粒状组织,都具有各自独立的c曲线;在转变初期均能获得单一的组织,而在转变的中、后期通常可获得相邻两组织的复合体．必须用单一组织和Arrhenius关系求相变产物的体激活能．将体激活能、组织形貌和体自由能曲线相结合可诠释下述论点：下或上贝氏体是碳原子扩散控制下在奥氏体中的贫碳或极贫碳区,进行“军队型”（队列式）原子无扩散马氏体样切变相变;而粒状组织是碳原子扩散控制下在奥氏体中的最贫碳区,发生“平民型”（非队列式）原子无扩散界面控制相变．     

贝氏体相变的过渡性特征及定义

把握贝氏体相变的过渡性极为重要。研究表明贝氏体相变具有从扩散型相变到无扩散型相变的过渡性特征,它具有共析分解的某些特征,又跟马氏体相变有联系,同时与二者具有本质上的区别。依据实验事实,科学地修正了贝氏体的概念,给出了贝氏体相变的定义。     

0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的连续冷却相变动力学

采用显微组织表征和硬度测试研究了0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢连续冷却转变动力学和显微组织演化规律。结果表明:0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢在1100 ℃×60 min奥氏体化条件下,以0.5~100 ℃/s的速度冷却时仅发生马氏体转变,马氏体相变的开始温度(Ms)约为212 ℃,结束温度(Mf)约为25.3 ℃,组织均为板条马氏体,硬度约为371 HV。冷却速率的变化对相变温度、室温组织和硬度无显著影响。采用K-M方程描述马氏体相变过程,其相变动力学参数α约为0.0317。     

材料的相变研究及其应用

Fe-C和Fe-X-C合金马氏体相变热力学的研究成果使结构钢的Ms温度能以热力学预测。建立铜基合金及Fe-Mn-Si基合金马氏体相变热力学，为铜基和铁基形状记忆合金的成分和工艺设计提供基础。提出含ZrO2陶瓷Ms温度的热力学计算方法，以及其母相晶粒大小影响Ms的正确表达式，对陶瓷的生产和工业应用都具有意义。修正马氏体变温相变动力学方程，显示低碳钢中影响碳扩散系数的合金元素影响残余奥氏体量，这有利于低碳马氏体组织钢的开发。GCr15轴承钢中残余奥氏体→马氏体的等温动力谠研究提高钢件的尺寸稳定性达34％。对Ni-Ti,Cu-Zn-Al,Fe-Mn-Si基合金及ZrO2陶瓷中马氏体相变及其逆相变特征的研究，揭示不同形状记忆材料中，影响形状记忆效应（SME）的一些重要因素，并由此获得改善SME的途径，有利于这些材料的开发应用。对Fe-C、钢、Cu-Zn,Cu-Al,Cu-Zn-Al及Ag-Cd合金贝氏体相变的热力学研究，观察到生长台阶，母相强化对相变影响的研究以及内耗测量结果，均显示贝氏体相变属扩散型机制。Cu-Zn-Al中加入贝氏体相变，并与其出现脆性有关。三元合金spinodal分解判据的建立，对借spinodal分解呈现高阻尼或高强度合金的开发可能具有价值。群论在相变晶体学成功地获得应用。由群论导出呈现晶体学可逆性的条件为形成单变体马氏体。应用孤粒子相变的形核－长大模型初见成效。随着功能材料的发展，二级相变理论在材料工程中将得到应用。纳米金属和合金常显示与大块晶体异常的晶体结构。初步揭示纳米材料在马氏体相变和扩散型相变中的一些特征：如高温相的稳定化，不同纳米度和不同制备方法呈现不同的相变产物，晶界偏聚引起脱溶临界温度的降低，以及过渡相的消失等。纳米材料的相变及其对性能的影响是纳米材料开发、应用的一项基础工作，值得重视。     

预置填充稀土激光焊接对TiNi形状记忆合金功能性的影响

采用Nd-YAG连续激光器对2 mm厚Ti-Ni50.9at%形状记忆合金进行焊缝预置填充材料激光焊接,预置填充材料是通过熔炼方法制备的添加2%(质量分数)稀土元素La和Ce的与母材同等原子比的TiNi合金.对形状记忆合金母材及焊缝(无填充稀土与填充稀土)的马氏体相变行为、机械性及超弹性进行了对比研究.利用差热分析仪(DSC)测试焊缝及母材的马氏体相变及温度;通过应力-应变拉伸测试母材及焊缝的机械性能及超弹性.结果表明:由于填充稀土,使TiNi形状记忆合金马氏体相变温度Ms和终了温度Mf提高,同时使马氏体向奥氏体转变的起始温度As和终了温度Af提高,奥氏体的相变区间缩小:填充稀土焊接接头的抗拉强度比无填充稀土焊接接头有明显提高,填充稀土焊接接头试样断裂前可以承受比母材更大的变形;填充稀土激光焊缝呈现较好的超弹性.