β—Cu基合金马氏体相变热力学

提出对β-Cu基合金热弹性马氏体相变的热力学处理。计算了Cu-Zn,Cu-Al及Cu-Zn-Al合金马氏体相变驱动力,T_0温度及M_s温度,M_s的计算值与实验值符合很好。母相有序降低Cu-Zn和Cu-Zn-Al的M_s,但升高Cu-Al的M_s(T_0)。并简介了两种估算非化学自由能的方法。     

THERMODYNAMICS OF MARTENSITIC TRANSFORMATION IN β-Cu BASE ALLOYS

An approach for the thermodynamics of the thermoelastic martensitic transformation in β-Cu base alloys is suggested.Driving forces for martensitic transformation,T_0 and M_s tempera- tures in Cu-Zn,Cu-Al and Cu-Zn-Al alloys were calculated and the calculated M_s are in good agreement with the experimental ones.Ordering of the parent phase lowers M_s(T_0)in Cu-Zn and Cu-Zn-Al alloys,but raises M_s(T_0)in Cu-Al alloys.Two methods for the es- timation of the critical driving force for the thermoelastic martensitic transformation are also introduced.     

双相钢中马氏体相变热力学分析

本文根据双相钢中马氏体显微组织及相变特点,通过热力学分析,提出双相钢中马氏体相变驱动力及M_3点表达式。用膨胀仪实测了马氏体相变开始温度M_s及终了温度M_f,实测的M_s值与理论计算值符合较好。发现M_s和M_f值不仅与马氏体含碳量有关,而且随铁素体含量的增加而上升。     

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。     

EFFECT OF THERMAL CYCLING ON THERMOELASTIC MARTENSITIC TRANSFORMATION IN A Cu-Zn-Al ALLOY

本文研究了热循环对Cu-Zn-Al合金马氏体相变的影响,其中包括热循环对相变热滞、转变特征温度及马氏体形貌的影响。由电阻-温度曲线表明M_s和A_f温度随热循环次数增加而升高;但M_f和A_s温度则保持不变。还可看到参加热循环的马氏体量随循环次数增加而减少。在300次左右达到饱和。用金相和电子显微镜研究了马氏体转变形貌的变化。发现淬火后马氏体的生长和收缩以两种方式同时进行,即连续式和爆发式两种。经过60次热循环后马氏体生长和收缩均以阶梯式分步进行。     

热循环对Cu-Zn-Al合金热弹性马氏体转变的影响

本文研究了热循环对Cu-Zn-Al合金马氏体相变的影响,其中包括热循环对相变热滞、转变特征温度及马氏体形貌的影响。由电阻-温度曲线表明M_s和A_f温度随热循环次数增加而升高;但M_f和A_s温度则保持不变。还可看到参加热循环的马氏体量随循环次数增加而减少。在300次左右达到饱和。用金相和电子显微镜研究了马氏体转变形貌的变化。发现淬火后马氏体的生长和收缩以两种方式同时进行,即连续式和爆发式两种。经过60次热循环后马氏体生长和收缩均以阶梯式分步进行。     

EFFECT OF SOLUTION STRENGTHENING OF AUSTENITE ON MARTENSITIC TRANSFORMATION IN Fe-Ni-C ALLOYS

测定了5种不同成分Fe-Ni-C合金的M_s温度和奥氏体在M_s时的屈服强度σ0.2(M_s)。求得奥氏体在M_s温度时的固溶强化方程为:σ0.2(M_s)=25.9+3410XC+567XNi,MPa。Ni,C浓度对M_s温度的影响可以方程M_s(K)=829-8650XC-1766XNi表示,以及σ0.2(M_s)与M_s的线性关系为:σ0.2(M_s)≈210-0.323M_s(℃),MPa.说明奥氏体在M_s时的固溶强化形成马氏体相变的阻力,它和相变驱动力及与M_s均呈线性关系.含25wt-％Ni,含碳在0.11Wt-％的合金基本形成位错马氏体,仅有极少量孪晶,当含碳为0.12wt-％时,则以23.97wt-％Ni为位错和孪晶亚结构的临界含Ni量.利用Magee和Davies图导出了奥氏体的σ0.2(M_s)对Fe-Ni-C合金马氏体形态的影响图,推断出奥氏体的临界分切应力随σ0.2(M_s)的变化关系,借以解释位错型和孪晶型马氏体的形成。     

马氏体相变热力学

简介对 Fe—C、Fe—X 和 Fe—X—C 系马氏体相变热力学的处理方法和直接计算 M_S 所得的结果,对面心立方→体心立方(正方)马氏体相变热力学处理获得统一的概念,纠正 Fe—C 中微量碳剧烈降低 M_S 的不正确论点,论证 Fe—X 系中一些偏高的相变温度为 M_s 或表面马氏体的 M_S 温度,澄清了二十余年来对铁基合金相变驱动力错误和矛盾的说法。在合金钢(Fe—X—C 系)中,由碳在奥氏体的活度值可预测碳对 M_S 值下降的倾向。以钴及钴合金为例,述明面心立方→ε马氏体相变中,相变驱动力和层错能较大的金属可由极轴机制形核,相变驱动力很小的合金只能以层错直接形核。     

Cu—Zn—Al形状记忆合金在马氏体状态的塑性变形

采用光学显微镜、电子显微镜、电阻和膨胀方法研究了三种Cu-Zn-Al形状记忆合金在马氏体状态的塑性变形对马氏体转变温度、相变过程及转变循环滞后的影响。其中两种合金相变温度较高,在室温下即为马氏体状态。第三种合金A_f温度远低于室温。讨论了“第一次循环效应”的可能机制。     

Fe-Ni-C合金中奥氏体固溶强化对马氏体相变的影响

测定了5种不同成分Fe-Ni-C合金的M_s温度和奥氏体在M_s时的屈服强度σ0.2(M_s)。求得奥氏体在M_s温度时的固溶强化方程为:σ0.2(M_s)=25.9 3410XC 567XNi,MPa。Ni,C浓度对M_s温度的影响可以方程M_s(K)=829-8650XC-1766XNi表示,以及σ0.2(M_s)与M_s的线性关系为:σ0.2(M_s)≈210-0.323M_s(℃),MPa.说明奥氏体在M_s时的固溶强化形成马氏体相变的阻力,它和相变驱动力及与M_s均呈线性关系.含25wt-％Ni,含碳在0.11Wt-％的合金基本形成位错马氏体,仅有极少量孪晶,当含碳为0.12wt-％时,则以23.97wt-％Ni为位错和孪晶亚结构的临界含Ni量.利用Magee和Davies图导出了奥氏体的σ0.2(M_s)对Fe-Ni-C合金马氏体形态的影响图,推断出奥氏体的临界分切应力随σ0.2(M_s)的变化关系,借以解释位错型和孪晶型马氏体的形成。     

Fe-X系马氏体相变热力学

Fe-X系和Fe-C系一样,随M_s温度的下降,相变驱动力增加,其斜率因合金元素对T_0温度的影响及其对奥氏体的强化而有所不同.这两个因素也决定合金元素对M_s的影响.Fe-X系的相变驱动力也至少为282 cal/g-at;由Fe-X系外推至纯Fe的M_s和由Fe-C合金外推所得的一致,均为800K.     

THERMODYNAMICS OF THE MARTENSITIC TRANSFORMATION IN Fe-X SYSTEMS

Fe-X系和Fe-C系一样,随M_s温度的下降,相变驱动力增加,其斜率因合金元素对T_0温度的影响及其对奥氏体的强化而有所不同.这两个因素也决定合金元素对M_s的影响.Fe-X系的相变驱动力也至少为282 cal/g-at;由Fe-X系外推至纯Fe的M_s和由Fe-C合金外推所得的一致,均为800K.     

A THERMODYNAMICAL STUDY ON MARTENSITE TRANSFORMATION IN Fe-C ALLOYS

在评述以在工作的基础上,就目前对马氏体相变的认识提出进一步处理的概念。着重对下式的物理含义加以阐述, ΔG~(γ→M)=ΔG~(γ→a)+Δ~(α→M)提出对ΔG~(α→M)估计的概念及运算途径。改进了处理方法并以较新数据计算了ΔO~(γ→a)。由热力学处理直接求得的理论M_s值与典型实验值很好符合,指出纯铁的M_s应为800K,Fe-C合金的M_3与碳浓度及奥氏体在M_s时的屈服强度均呈线性关系;相变驱动力随碳浓度的增大及M_s的下降而增加。     

Fe-C合金马氏体相变热力学

在评述以在工作的基础上,就目前对马氏体相变的认识提出进一步处理的概念。着重对下式的物理含义加以阐述, ΔG~(γ→M)=ΔG~(γ→a)+Δ~(α→M)提出对ΔG~(α→M)估计的概念及运算途径。改进了处理方法并以较新数据计算了ΔO~(γ→a)。由热力学处理直接求得的理论M_s值与典型实验值很好符合,指出纯铁的M_s应为800K,Fe-C合金的M_3与碳浓度及奥氏体在M_s时的屈服强度均呈线性关系;相变驱动力随碳浓度的增大及M_s的下降而增加。     

高铬铸铁变温马氏体相变与摩擦诱发马氏体相变关系的研究

对三种含Mn、Si、Mo亚共晶高铬铸铁的变温马氏体相变进行了DSC分析,并对表层的摩擦诱发马氏体做了X射线衍射分析。结果表明,变温马氏体相变前期,马氏体形核、长大阻力较大。在M_s温度相近的情况下,变温马氏体相变形核、长大速率快的,其摩擦诱发马氏体量也多。     

过渡元素掺杂NiTi合金的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法系统的计算了3d、4d和5d过渡元素掺杂的Ni Ti合金晶格参数、形成能、弹性常数和电荷密度,探讨了合金元素的占位倾向以及对马氏体相变温度的影响。计算结果表明,V、Cr、Mn、Fe、Co、Pd、Cu各族元素倾向于占据Ni位;Sc、Y、Zr、Hf倾向于占据Ti位。V、Cr、Mn、Fe、Co各族元素和Pd、Pt取代Ni,V、Cr、Mn、Fe各族取代Ti能够不同程度的降低NiTi合金的相变温度M_s;Hf、Zr、Au、Ag取代Ni以及Sc、Y、Hf、Zr取代Ti为能够升高NiTi合金的相变温度M_s;Cu取代Ni则基本不改变NiTi合金的相变温度M_s。这些结果与实验结果一致,进而从微观角度解释了合金元素对相变温度的影响规律。     

Zr对Cu—Zn—Al形状记忆合金相变的影响

采用示差扫描热分析(DSC)、X射线衍射及透射电镜,研究了Zr对Cu-Zn-Al合金高温相变、马氏体正逆转变以及形状记忆效应的影响。结果表明,添加Zr0.35wt-％时,能有效地抑制α,γ相析出,促进β_2→DO_3→18RM转变。(M_s-M_f)及(A_s-A_f)温度区间较窄,马氏体相变激活能最低,马氏体变体间界面的可动性好,形状记忆效应最佳。     

奥氏体强化和其中碳含量对马氏体及贝氏体相变的影响

研究了三个Fe-Ni-C合金及三个工业用铜的奥氏体强化对M_s及B_s温度的影响,M_s温度随着奥氏体屈服强度的增加而线性下降,而B_s温度和奥氏体强度之间无任何直接关系。统计了70多个铜种的TTT和CCT曲线,发现在其他合金元素含量及其他条件基本不变的前提下,奥氏体中的碳含量和贝氏体相变开始点B_s之间无任何直接关系,和马氏体相变开始点M_s之间存在着单调的反比关系,发现三个Fe-Ni-C合金的B_s温度与D_c~γ和D_(Fe)~γ成正比线性关系,求出这三个合金TTT图上鼻部温度的△G_v及D_(Fe)~γ,则它们的孕育期正比于Feder等对扩散型相变孕育期公式,说明鼻部温度时贝氏体孕育期受化学自由能差及铁原子扩散的控制。     

低温金相装置的设计与应用

一、前言低温金相技术可用在低于室温条件下直接观察金相组织的连续变化。这一技术对于研究材料在低温下的马氏体相变,尤其对具有热弹性马氏体形状记忆合金的相变有着重要的意义。如形状记忆合金的M_s点,其定义为产生第一片马氏体组织时的温度,然而目前在国内对此类合金的M_s(包括M_f、A_s和A_f点)的测定均采用低温电阻和低温X射线衍射等方法。上述方法都需待合金内马氏体相转变到一定程度后方能由检测仪有关物理参数的变化反映出来,所以测得的相变温度都不可避免地有较大的误差。迄今,较为精确的方法是利用低温金相显微镜     

马氏体相变对P91多道焊残余应力的影响

利用ABAQUS软件及其子程序FILM、DFLUX、HETVAL、USDFLD、UEXPAN和UHARD,提出了考虑马氏体相变的P91钢多道焊残余应力计算方法。首先计算考虑马氏体相变潜热的温度场,然后将温度场作为预定义场,顺序耦合计算应力场,计算时综合考虑马氏体相变产生的体积膨胀、屈服强度改变和相变塑性的影响。结果表明每道焊缝只会在当前焊接时发生马氏体相变,马氏体相变释放的潜热会使当前焊缝温度增加6%。后道焊缝马氏体相变释放的潜热会使前道焊缝温度增加。考虑马氏体相变影响后,平板上表面焊后残余应力分布呈M型,这一结论与实验测量结果一致。后道焊缝产生的热应力会使先前焊缝的应力值增加。