4.7马氏体切变模型及评价

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1、4.7马氏体相变晶体学切变模型及评价要求了解马氏体相变切变模型的内容及其误区20世纪对马氏体相变晶体学的研究经历了三个阶段：第一阶段，20世纪20年代发现马氏体浮凸。1924年Bain提出了应变模型；第二阶段，从1930年开始，到60～70年代，提出了一系列切变模型，如K-S模型，西山模型，G-T模型，B-B双切变模型，藤田模型等。这些模型均为针对某一具体发现事例，设计一种切变模型，以说明相变时原子的具体移动方式，说明位向关系等。第三阶段，50年代开始，提出了马氏体相变晶体学唯象学说，开展了马氏体相变的模拟计算。本科生只介绍前两个阶段的内容。相变模型的缺陷1）各种模型都是将母相直

2、接变成马氏体，忽略了马氏体孕育、形核阶段，这是各种晶体学模型的缺陷。2）切变耗能过大，切应变能太大，相变阻力太大，相变驱动力不足以进行切变过程。切变缺乏热力学可能性。3）各种切变晶体学模型均与实际不符合。4）浮凸为帐篷形，不具备切变特征，切变机制缺乏试验依据。1.Bain应变模型缺点：1）应变量太大。20%，成为塑性变形了。2）惯习面为{100}.3）压缩应变后的晶格并不是实际的马氏体晶格。4）不产生位错、孪晶等亚结构。2．马氏体相变的K-S切变模型30年代初，库氏和Sachs确定了1.4%C钢中奥氏体与马氏体之间的位向关系为：此称K-S关系。据此设计了K-S切变模型。面心立方的原

3、子堆垛取（111）面的菱形α-Fe体心立方的原子堆垛面心立方ABCABCABC…堆垛图的底面为，表示底层原子，⊕表示中间层（第二层）原子，○表示顶层（第三层）原子。晶面立方柱切变分三步进行：（1）第一切变：看图4-34的底面菱形，菱形角为60o。在面上，沿着方向进行切变，底层不动，第二层原子沿方向移动0.057nm，○层原子移动0.114nm，切变角15o15′；如果不含碳，切变角则为19o28′。（2）第二切变：在面上，沿着方向进行一次小的切变，使60o角变成690。如果不含碳，则使60o角变成70o32′。（3）必要的线性调整，使其符合实际的面间距等晶格参数。转变为bccM(0

4、%C)时的调整量见表4—5。第一切变第二切变表4-5晶格参数调整值图4—36K-S切变模型的平面投影[1]K-S关系24种可能的取向fcc的{111}面有四个取向，每个(111)上有三个<112>取向，则4×3=12，第二切变在每个(111)上可以切变出两个位向的面的70o32′菱形，则共计12×2=24种取向。K-S模型的优点和缺点1.优点：符合K-S关系。2.缺点：（1）按照此模型得到的马氏体中没有位错、孪晶和层错；（2）此模型得到的惯习面是（111）f，实际上是（557）f；（225）f；（259）f（3）不能形成表面浮凸。（4）切变耗能太大。按照K-S模型第一切变需要的切变

5、能量，计算切变消耗的功N1q=35×103J/mol。第二切变是切变10°32′，需要切变能量N2q=9.9×103J/mol.两次切变消耗的功相加，即切变总能量Nk=44.9×103J/mol。5.忽略了晶格参数调整的研究切变没有得到与实际相符合的马氏体晶格。晶格常数和晶胞夹角均与实际马氏体不符。1）晶格参数怎样调整？原子怎么移动？是继续切变吗？2）晶格参数调整仍然需要能量消耗。耗能多少？因此K-S切变耗能：（44.9×103J/mol+晶格参数调整能）。热力学上是不可能发生的过程。3.西山切变模型西山切变模型，只进行第一切变，并且与K-S模型的第一切变相同，因此需切变能量N1q

6、=35×103J/mol。第2步即为晶格参数调整。西山切变机制耗能：（35×103J/mol+晶格参数调整能）。热力学上也是不可能发生的过程。为了解决位错和孪晶问题。而提出G-T模型。G-T模型要进行两次切变。第一切变是沿着惯习面的均匀切变。第二次切变是不均匀切变。4.马氏体相变的G—T模型第一切变－均匀切变是宏观变形的切变，即切变时不仅点阵改组，晶体外形也发生变化。在试样表面产生浮凸。均匀切变所得还不是马氏体点阵，而是一个复杂的三棱结构。a）均匀切变b）非均匀切变第二切变－非均匀切变点阵发生改组，但晶体外形不发生变化。为了产生不均匀切变，必须进行滑移或孪生。第二切变由三棱结构变为

7、马氏体点阵。并且产生大量位错或精细孪晶。a）均匀切变b）非均匀切变G-T切变模型二次切变，a滑移，b孪生G-T切变模型的误区1949年，提出的G-T模型，按照平均切变位移10.75°，那么，应当消耗切变能NG1=0.5Gβ2V=10.8×103J/mol-1。G-T模型的第二切变是在马氏体上切变，切变角θ=12～13°，则第二切变NG2=14.5×103J/mol-1。两次切变共需切变能NG=NG1+NG2=25.3×103J/mol。晶格参数调整也需要能量消耗，原子