材料科学基础 马氏体转变

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1、固态相变第四章第五节马氏体转变《材料科学基础》第八章第五节固态相变马氏体转变在较大的过冷度下才能发生原因：M转变将引起形状和体积变化，产生很高的应变能。只有相变驱动力大得足以克服因高应变能所造成的相变阻力，新相才有生长的机会。1.临界驱动力和转变温度四、马氏体转变热力学马氏体和奥氏体的自由能随温度变化曲线)(0SMsTMTSG-D=D=临界化学驱动力：2.形核M形核引起的总自由能变化：：单位体积的应变能：单位体积的自由焓变化d：缺陷引起的自由焓G：单位体积的表面能iG：晶核与缺陷相互作用能固态相变固态相变马氏体片自催化形核，快速生长导致“爆发”1.变温马氏体转变两类

2、：变温马氏体和等温马氏体五、马氏体转变动力学固态相变变温M转变：随温度降低，M片增厚固态相变2.等温马氏体转变马氏体转变量随等温时间的延长而增多。马氏体的等温转变一般都不能进行彻底，完成一定量的转变后即停止，原因是M转变产生的形变引起A变形，使未转变的A向M转变时的切变阻力增大。必须增大过冷度，使转变驱动力增大，才能使转变继续进行。六、马氏体相变表象理论1.Bain模型xyz=z’x’y’固态相变K－S关系固态相变2.K-S和N-W机制点阵以(111)f为底面，按ABCABC的次序自下而上堆垛。切变进行步骤：K-S和N-W切变机制成功导出了所测量到的点阵结构和取向关系

3、，但惯习面预测与实际偏差较大。（1）第一次切变（2）第二次切变（3）点阵调整固态相变固态相变N-W二次切变K-S二次切变(112)f3.G-T机制固态相变(1)通过Bain形变得到马氏体点阵(2)为得到无畸变的惯习面，需引入一个适当的点阵不变切变，这种点阵不变切变可以通过微区滑移或孪生实现。(3)进行整体的刚性旋转使非畸变平面恢复到初始的位置。4.晶体学表象理论（Wechsler-Read-Lieberman,WLR理论）不解释原子如何移动导致相变，而只根据转变起始和最终的晶体状态，预测马氏体转变的晶体学参量。前提条件：惯习面为不变平面固态相变七、不同材料中的马氏体转

4、变1.金属材料中的M相变铁基合金：见表8-6、8-7有色合金2.非金属材料中的M转变氧化锆陶瓷材料的四方相向单斜相的转变－相变增韧某些晶态聚合物材料中会出现同素异构转变，认为是一种无扩散型转变或马氏体转变固态相变八、马氏体的特殊性能及应用1.钢的硬化最主要的特性就是高硬度、高强度。通过淬火得到马氏体是强化钢制工件的重要手段。A－C原子进入正八面体中心，点阵对称膨胀固态相变强化要素－C原子的固溶强化作用M－C原子进入扁八面体中心，畸变偶极应力场硬化要素间隙固溶强化作用；晶界、位错、孪晶的强化作用；C原子团簇的位错钉扎作用马氏体的塑性和韧性与其含碳量、组织形态及亚结构密切

5、相关。一般地，铁碳合金中，w(C)<0.3%，形成板条M，塑性和韧性好；w(C)>1.0%,形成片状M,塑性和韧性差；0.3－1.0%C之间形成板条M+片状M的混合组织,可能获得良好强韧性。固态相变2.热弹性马氏体与伪弹性热弹性马氏体随温度升降而消长伪弹性与热弹性的不同，只是用应力的变化代替了温度的变化，M表示出类似特性。3.形状记忆效应(SME)SME的获得：若应力诱发马氏体的逆转变滞后，以至当外加应力降低至零时，仍不能完全逆转变，这时剩余的马氏体可通过加热使之逐渐发生逆转变，使宏观应变恢复。固态相变形状记忆效应被记忆的是母相的形状。只有逆转变使形变完全消除时才能看

6、到合金的记忆效应。马氏体同母相间界面的移动体现为M本身的长大和收缩，即两者均以相界移动的方式产生形变，这种界面的反向移动容易实现原来位相的完全恢复，而产生形状记忆效应。固态相变在低于Mf点的任一温度（即M状态下）进行变形，随后加热到高于Af点的温度（A状态下）,样品便恢复到形变前所具有的形状。*单向SME*双向SME图8-90固态相变