10.4 马氏体转变的晶体学.ppt

10.4 马氏体转变晶体学 马氏体转变不但包括微观的点阵改组及特定的晶体学关系（如惯析面和取向关系等），而且还产生了由于宏观变形所引起的表面浮凸 （1）Bain模型 1924年E.C.Bain提出 贝茵对应关系 按照这种机制进行转变，奥氏体与马氏体之间应当存在以下点阵对应关系（或称为贝茵对应关系）： 贝茵机制 能比较清晰地说明在马氏体转变过程中只需原子作小量位移，就可获得晶体结构的改组 (2) G-T机制 1949年A.Greninger和A.R.Troiano研究Fe-22Ni-0.8C合金单晶马氏体转变的晶体学关系，提出“两次切变”的马氏体转变机制（简称为G-T机制） G-T机制 G-T机制比以前提出的机制较为完善，它既可说明马氏体转变时结构的变化和取向关系，又联系了惯析面和浮凸效应 （3）晶体学表象理论 1953年Wechsler M S和Lieberman D S等人提出 表象理论 表象理论把马氏体转变的整个变形看成三种变形的组合 两次切变形成马氏体转变的示意图 图 通过两次切变形成马氏体片的示意图 (a)原始状态；(b)宏观的均匀切变；(c)通过滑移实现的点阵不变应变 (d)通过孪生而实现的点阵不变应变；(e)包含有滑移的马氏体片； (f)包含有孪生的马氏体 热弹性马氏体和马氏体转变的可逆性 马氏体形成时新旧两相的比容不同以及在界面要保持共格联系，马氏体片和基体之间处于一种应变状态 热弹性马氏体 继续降低温度或施加一外应力，相变获得了驱动力，马氏体片重新长大 形状记忆效应 有热弹性马氏体转变的合金会产生“超弹性”和“形状记忆效应” 形状记忆效应 具有热弹性转变的合金在一定条件下施加外力或将其冷却到该合金的MS点（或Mf点）以下并使之发生形状改变，如果再将这种合金加热到高温相状态（即As点以上）使马氏体发生逆转变，此时合金又会自动地恢复到变形前的形状 有色合金中的马氏体 许多有色合金也存在马氏体转变 β相的马氏体转变 Cu合金中马氏体转变的母相都是Cu-M（M为Zn、Al、Ni等，一种或几种）系高温下的中间相和电子化合物，如CuZn、Cu5Zn、Cu3Al等，通称β相，为体心立方晶格 几种有色合金马氏体的晶体学特征 形状记忆效应 Cu-Zn、Cu-Al-Ni合金有形状记忆效应，Cu合金中马氏体转变问题日益受到重视 纯金属马氏体转变 纯金属Co和Ti中，γ- Co（面心立方）→ε′- Co（密排六方）和β-Ti（面心立方）→α′-Ti（密排六方）两种马氏体转变表明马氏体转变并非固溶体或中间相所特有 Ti合金中的马氏体转变 Ti合金中的马氏体相变产物的晶体学特征复杂 有色合金中马氏体转变特点 有色合金中马氏体转变与铁基合金马氏体转变有许多共同点 有色合金中马氏体转变特点 ②成分对Ms点的影响规律相同 有色合金中马氏体转变特点 ④相变都具有宏观形状效应 非金属材料中的马氏体转变 在无机和有机化合物、矿物质、陶瓷以及水泥的一些晶态化合物中也有切变型转变 具有点阵切变型转变的非金属 陶瓷中的马氏体转变 ZrO2中加入稳定正方相t的氧化物，如CaO、Y2O3、CeO2等，使高温t相在室温下保持 其它无机非金属材料中马氏体转变 其它无机非金属材料中也存在马氏体转变 某些晶态聚合物材料中的无扩散转变 某些晶态聚合物材料中会出现同素异构转变 生物材料的马氏体转变 结晶蛋白质构成的生物材料在完成其生命功能的过程中也经历一些马氏体转变 *刘志勇 吉 首 大 学 物 理 与 机 电 工 程 学 院 JiShou University 正确的马氏体转变机制应当能完满地解释所有这些变化，然而到目前为止，还没有哪一种机制能完全做到这一点 一些代表性的马氏体转变机制进行介绍 贝茵对应关系(a)和贝茵畸变(b)示意图 由奥氏体面心立方晶胞转变为马氏体的体心正方晶胞的模型 （a）表示两个面心立方晶胞以公有的（010）面相连接。位于此（010）面中心的原子同时也位于该图所示的正方晶胞的体心上。这个正方晶胞是一个c/a=的体心正方晶胞（见图(b)） 如果这个晶胞沿（x3）M方向收缩18%，而沿（x1）M和（x2）M方向膨胀12%，就可得到与Fe-C合金的点阵常数相符合的正方马氏体晶胞 这种通过沿晶轴膨胀、收缩的方法把一种晶格转变为另一种晶格的简单畸变称为“贝茵畸变” 不能解释宏观切变所引起的浮凸以及不畸变平面（即惯析面）的存在等 由这种机制所引导出来的的点阵对应关系也与实验结果不符 马氏体转变的G-T机制 如图，首先沿接近于{259}γ的惯析面上发生第一次均匀切变，产生全部的宏观变形，在表面形成浮凸，转变产物是复杂的三菱结构，它有一组晶面其间距及原子排列和马氏体的(112)α′相同 第二次切变在(112)