马氏体相变理论研究的最新进展

马氏体相变的切变机制存在误区,研究马氏体相变的形核、长大、组织形貌及亚结构等具有重要理论价值和实际意义。本文综合整理了近年来马氏体相变试验研究的新成果,指出马氏体在晶界、相界面、位错等缺陷处形核,并非切变形核;发现板条状马氏体中存在层错亚结构。位错、孪晶亚结构的形成也非切变所致;马氏体组织形貌的演化与应变能有密切关系;马氏体表面浮凸是相变比体积增大所致,N型切变缺乏试验依据。     

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     

板条状马氏体的亚结构及形成机制

研究马氏体亚结构及形成机制具有重要理论意义和应用价值.应用35CrMo等材料,淬火为马氏体组织,采用JEM-2100电镜观察马氏体形貌和亚结构,发现35CrMo钢马氏体为板条状,亚结构除了高密度缠结位错外,还有高密度层错.结合2Cr13、Fe-15 Ni-0.6C合金试样的浮凸试验,应用隧道扫描显微镜观察表面马氏体浮雕形貌,测定浮凸的微细尺寸.综合上述试验结果,分析位错、层错形成机制.发现浮凸效应中没有出现位错滑移迹象,认为切变模型不能解释高密度位错和层错的形成.最后应用马氏体相变新机制分析了高密度缠结位错、精细层错的形成.     

Fe-32%Ni合金超细晶粒奥氏体的马氏体相变微观结构研究

通过多轴锻造的方法实现了Fe-32%Ni合金奥氏体晶粒超细化,并进行深冷处理使之发生马氏体相变.采用透射电镜(TEM)观察了超细晶粒Fe-32%Ni合金奥氏体相变后马氏体的微观结构.结果表明,超细晶粒奥氏体相变后的马氏体片变得不再完整,部分马氏体片边缘变得弯曲,部分马氏体发生了中脊断裂现象;观察马氏体片的亚结构表明,有些马氏体片的亚结构是孪晶与高密度位错共存,有些马氏体片的亚结构转变为高密度位错.分析认为强变形马氏体特殊亚结构的生成是由于奥氏体组织细化大大提高了母相强度,加大了相变切变阻力和强变形奥氏体母相中大量位错的引入破坏了母相晶格原子排列的空间规律性等原因造成的.     

钢中马氏体的层错亚结构

研究发现淬火钢马氏体中存在层错亚结构具有重要理论意义。应用JEM-2100高分辩透射电镜观察35CrMo、2Cr13、W6Mo5Cr4V2等钢的马氏体时,发现存在层错亚结构。层错亚结构条纹微细,间距约为数纳米,且往往与位错伴生。层错的成因是在晶格重构过程中,因新旧相错配度等因素造成晶格错排时形成的。认为切变机制不能解释马氏体层错亚结构的成因。     

N对TWIP钢马氏体相变及力学性能的影响

以传统TWIP钢为对比,测试了含N TWIP钢的力学性能,并利用XRD进行物相分析和TEM进行做观结构表征.结果表明,在由fcc或hcp结构向bcc结构马氏体进行相变时,晶体结构中的最大间隙由0.1047 nm降低至0.0725 nm.间隙原子N的存在显著增大bcc结构的晶格畸变能,提高α马氏体切变的阻力,因而强烈抑制α马氏体相变,导致组织中hcp结构ε相含量大幅度增加,提高了TWIP钢的强度,但也降低了钢的塑性.另外,奥氏体平均和区域层错几率的计算及微观组织分析结果表明,形变增加层错的数量,而马氏体相变消耗层错,从而减少层错数量.     

马氏体相变研究的最新进展(六)

正5马氏体相变的切变机制及其误区1924年Bain提出了马氏体相变机制的第一个模型,为压缩应变模型。1930年提出第1个切变模型,在以后的40余年中提出了一系列切变模型,由于每个模型均难以与实际符合,不断修改或"完善",到70年代共提出了8个晶体学切变模型。但最终所有的切变模型均与实际不符。马氏体相变的形核长大、马氏体形貌、缠结位错、精细孪晶、微细层错、     

马氏体相变研究的最新进展(四)

正3.2.4有色金属合金中的马氏体孪晶图47是Cu-11.42Al-0.35Be-0.18B合金的马氏体组织中的孪晶形貌,可见呈现竹节状,竹节长短不等。图48是Cu-11Al合金的马氏体组织的电镜照片,可见马氏体片中存在贯穿的层错,层错微细而分布较为均匀。由于这类马氏体的亚结构以微细层错为主,甚至为全层错亚结构,故可称为层错型马氏体。层错亚结构也不能用切变机制解释。     

马氏体相变切变机制的现代试验验证和切变能的计算——再评“马氏体相变的非切变机制”

遴选了马氏体相变切变机制的现代试验结果,证明马氏体相变切变机制的正确性.在诸多有色合金中马氏体相变产生的切变能相对相变驱动力而言较大,但母相弹性常数的测定表明,马氏体相变时母相的弹性常数在特定方向将产生软化(对应切变方向),由此可有效地降低马氏体相变的切变能,从而得以使马氏体相变以切变形核.透射电镜的观察表明,层错迹线被单变体马氏体切过后将变成折线,并且试验测定的切变角与理论切变角很好地符合.透射电镜高分辨像揭示了马氏体/奥氏体界面处存在过渡区.这些区域的原子约从fcc奥氏体(111)面上的位置切变位移了50％,这是不同于扩散型相变的贝氏体/奥氏体界面.随后介绍了徐祖耀计算Fe-C合金马氏体相变切变能的方法.最后,指出了“马氏体相变非切变机制”理论提出者刘宗昌等由于对前人工作缺乏深入了解,在错误的物理概念基础上来计算马氏体相变切变能,导致错误结论.     

铁基合金马氏体的切变过程

根据铁合金中马氏体相变的Ｋ－Ｓ位向关系，提出了马氏体的形核长大相变位错模型，并推导出马氏体切变过程的数学表达式。这些表达式弥补了马氏体转变晶体学唯象理论（ＰＴＭＣ）的缺陷，对钢中马氏体亚结构（孪晶和位错）的形成提出了新的晶体学几何解释。     

TC21钛合金α′′马氏体中的反相畴界状结构(英文)

采用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM),研究TC21钛合金马氏体中亚结构的形貌和形成机理。结果显示,在960～1000°C温度范围内,TC21合金进行固溶淬火处理后会发生β→α′′马氏体相变。在板条状α′′马氏体内部发现有反相畴界状结构,并且该结构平行于α′′马氏体的(001)和(020)面。该结构被确定为马氏体相变过程中诱导产生的一种堆垛层错,它具有反相畴界的形貌特征,但并不是有序/无序相变过程中产生的反相畴界。在马氏体相变过程中,马氏体畴形核并且长大,畴与畴之间相互碰撞,最终导致反相畴界状结构的产生。     

INFLUENCE OF Mn CONTENT ON THERMOELASTIC MARTENSITE TRANSFORMATION AND SHAPE MEMORY EFFECT IN Cu-AI-Zn-Mn-Ni ALLOYS

用电阻法、光学显微镜和透射电镜研究了Mn含量对Cu-Al-Zn-Mn-Ni合金的相变点、马氏体形态和亚结构以及形状记忆效应的影响.结果表明:Mn含量增高导致相变温度显著降低,弹性马氏体相变温度范围变宽,并使马氏体形态由平行排列的长条状向自协作形态不断完善,马氏体亚结构由孪晶型向层错型过渡.马氏体的自协作完善程度和变体大小及淬火空位对合金的形状记忆效应有显著影响.     

MORPHOLOGY OF MARTENSITE IN 7CrSiMnMoV STEEL AND ITS STRENGTH-TOUGHNESS

The morphology and substructure of martensites in 7CrS(?)MnMoV steel were observed underoptical or electron microscope,and martensitic transformation with its morphology was alsoanalysed.In the normally quenched steel three types of martensites are found,including thewide lath one of dislocation substructure formed preferentially along grain boundaries,thethinner inner laths and the twinning martensite plate in interior of grain.Therefore,an at-tempt was made to substitute lower bainite,formed by short-term isothermal quenching.forintergranular martensite,it is believed that the morphology would be very influential to thest(?)ength-toughness of the steel.     

马氏体相变的晶体学特征—不变平面应变

自20世纪20年代以来,基于马氏体相变产生的浮凸和在母相中预先刻制的直线变成在相界面上连续的折线,提出了以切变为基础的马氏体相变的晶体学特征—"不变平面应变"的概念。随后,以该概念为基础建立了马氏体相变晶体学表象理论(PTMC)。然而,刘宗昌等基于相同的实验,即马氏体相变后的直线刻痕仍为直线和浮凸形态为帐篷形,分别在2010年和2013年《热处理》杂志上发表文章,否定马氏体相变的"切变"机制进而否定马氏体相变的"不变平面应变"。如所周知,否定马氏体相变的"切变机制"就是否定"不变平面应变",因此刘宗昌等于2013年发表的文章彰显出他们的轻率。本文作者已在3篇文章中列举用原子力显微镜和透射电镜观察的结果驳斥了他们的错误观点,至少可以说,他们没有理解我们文章中的实验和理论。为此,本文再次引用Yang和Wayman的透射电镜实验结果,即单变体马氏体使预存在的层错迹线(直线)变成折线,而自协调的多个马氏体可使迹线仍为直线;单变体马氏体的浮凸为N形,但多变体马氏体的浮凸可以是帐篷形或更为复杂的形态,由此可以说明刘宗昌等错误观点的原因。最近,本文作者及其合作者基于PTMC计算了Mn80Fe15Cu5热弹性合金马氏体相变的惯习面,并与实验结果相符,由此确认了"不变平面应变"是马氏体相变晶体学特征的正确性。     

Fe-15Ni-0.6C合金马氏体浮凸及相变新机制

对预先抛光的Fe-15Ni-0.6C合金试样进行真空热处理,随后用Nano First-1000型扫描隧道显微镜和QUANTA-400型环境扫描电镜对未经浸蚀的试样进行观察分析,发现,Fe-15Ni-0.6C合金马氏体片的浮凸为帐篷形（∧型）,浮凸最高高度为43~96 nm。分析认为,马氏体表面浮凸是由于过冷奥氏体转变为马氏体时比体积增大、体积膨胀造成的,而非切变所致。对浮凸高度进行了理论计算,结果表明,马氏体线膨胀量比实测的浮凸高度大,计算的浮凸平均高度为162 nm,是膨胀过程受阻所致。浮凸非N形,是帐篷形,不具备切变特征,马氏体的切变机制缺乏实验依据,也与实际不符。提出了马氏体相变新机制。     

7CrSiMnMoV钢的马氏体形态及其强韧性研究SCIEI

本文用金相及电子显微分析研究了7CrSiMnMoV钢的马氏体形态及亚结构,并对不同形态的马氏体转化规律进行了分析。研究发现该钢冷却产生的马氏体有三种类型,包括晶界上优先产生的具有位错亚结构的宽大板条马氏体,晶内较细小的板条马氏体以及内部少量的孪晶马氏体片。基于上述结果,本工作试用短时等温淬火形成的下贝氏体来代替晶界马氏体,证明晶界组织形态对材料的强韧性有着很大的影响。     

The Martensitic Transformation and Strain-Hardening Behavior of Austenitic Steels During Fatigue and Tensile Loading

The tensile and low-cycle fatigue deformation and α′-martensitic transformation behavior of three austenitic steels with varied silicon, aluminum, and nickel levels were characterized using mechanical testing and transmission electron microscopy. Silicon alloying promoted deformation twinning and high work-hardening rates in tension by lowering the stacking fault energy (SFE). Deformation twins and their intersections served as martensite nucleation sites in tension. Martensitic transformation was maximized in the alloy with a low SFE, which increased the alloy capacity to form strain-induced nucleation sites, and low nickel content, which increased the thermodynamic driving force for martensite formation. In fatigue loading, martensite nucleation occurred on localized austenite shear bands composed of dissociated dislocations that form in the cyclically stabilized portion of the fatigue life. The shear bands occurred in all materials irrespective of the SFE. The extent of martensitic transformation in fatigue is apparently dictated more by thermodynamic driving force for transformation and not by SFE. In both tension and fatigue, martensite formation led to strain hardening.     

中锰钢中原奥氏体晶粒尺寸对马氏体相变的影响

对中锰钢中原奥氏体晶粒尺寸对马氏体相变动力学的影响进行了分析。利用SEM、XRD、热膨胀相变仪和EBSD等检测手段,研究了不同原奥氏体晶粒尺寸下马氏体相变速率和马氏体板条组织的变化。通过不同温度的奥氏体化处理,分别得到了尺寸为(190±15)、(36±2)、(11±2)和(4.8±2) μm的原奥氏体晶粒。结果表明:随着原奥氏体晶粒尺寸的降低,马氏体相变开始温度由289 ℃降低到250 ℃,而马氏体的相变速率先升高后降低。分析表明,马氏体的相变速率与马氏体的形核点数量直接相关,而马氏体的形核点数量受原奥氏体晶粒尺寸大小和马氏体板条的宽长比影响。当原奥氏体晶粒尺寸小于5 μm时,马氏体板条的宽长比明显增加,马氏体形核点数目随过冷度增加而增加的速率明显降低,从而造成马氏体相变速率降低。     

On the Ti2Ni precipitates and Guinier–Preston zones in Ti-rich Ti–Ni thin films

After heat treatment, there may exist different types of precipitates in Ti-rich thin films, i.e. spherical Ti₂Ni precipitates and plate-like Guinier–Preston (GP) zones. While the Ti₂Ni precipitates impede the shear deformation of martensitic transformation, the GP zones do not stop both the shear deformation of martensitic transformation and the twinning shear of (001) deformation twin in the martensite phase. An elastic deformation model of the GP zone during martensitic transformation and subsequent deformation in the martensite was built up. The model can explain the GP zones-related shape memory properties self-consistently. These results supply microstructural explanation for the previous results that Ti-rich Ti–Ni thin films with GP zones show a large transformation strain despite the presence of the GP zones, while thin films with Ti₂Ni precipitates show a relatively small transformation strain.